KIẾN TRÚC
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH
Dự án Phúc Yên là một khu phức hợp hiện đại, bao gồm trung tâm thương mại, căn hộ cao cấp và cao ốc văn phòng cho thuê Dự án sẽ cung cấp 360 căn hộ với diện tích từ 68-220m² và 100 văn phòng cho thuê Ngoài ra, khu căn hộ còn được trang bị các tiện ích công cộng như nhà trẻ, nhà hàng sân thượng, phòng tập thể dục, hồ bơi ngoài trời và công viên cây xanh rộng hơn 3.600 ha.
Dự án chung cư Phúc Yên tọa lạc tại số 31-33 Phan Huy Ích, phường 15, quận Tân Bình, TP.HCM, gồm 19 tầng nổi và 2 tầng hầm với chiều cao mỗi tầng là 3 m Nằm trong khu đô thị quy hoạch hoàn chỉnh, dự án được bao quanh bởi hệ thống siêu thị, ngân hàng, trường học, bệnh viện và các cao ốc văn phòng, tạo điều kiện thuận lợi cho cư dân Vị trí dự án trên trục đường giao thông chính giúp dễ dàng cung cấp vật tư và di chuyển, trong khi hệ thống cấp điện và nước đã hoàn thiện, đáp ứng tốt nhu cầu xây dựng.
Khu đất xây dựng có bề mặt bằng phẳng, không có công trình cũ hay công trình ngầm nào, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công và bố trí tổng bình đồ.
Hình 1-1- Mặt bằng tổng thể tầng điển hình
Hình 1-2- Mặt đứng công trình
CƠ SỞ THIẾT KẾ
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
- Thiết kế sàn tầng điển hình
- Thiết kế 1 khung trục : sử dụng mô hình khung không gian, tính thành phần động của gió
Tinh toán 2 phương án mong cọc ép và cọc khoan nhồi với :
- Hai đài mong thuộc khung không gian
- Một đài thuộc lõi thang máy
Tính toán thêm một phương án mong khác (cọc ly tâm hoặc tường vây…) theo yêu cầu của giáo viên hướng dẫn.
TIÊU CHUẨN SỬ DỤNG
[1] TCVN 198–1997: Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối
[2] TCVN 2737–1995: Tải trọng và tác động –Tiêu chuẩn thiết kế
[3] TCVN 229–1999: Chỉ dẫn tính thành phần động của tải trọng gió
[4] TCVN 5574–2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế
[5] TCVN 10304:2014: Móng Cọc - Tiêu chuẩn thiết kế
[6] TCVN 9362-2012 : Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
[7] TCVN 195-1997 : Nhà cao tầng – Thiết kế cọc khoan nhồi
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
2.3.1 Lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân
2.3.1.1 Giải pháp kết cấu theo phương đứng
Dựa vào quy mô công trình với 19 tầng nổi và 2 tầng hầm, sinh viên áp dụng hệ chịu lực khung-vách lõi, trong đó khung chịu tải trọng đứng và vách lõi chịu cả tải trọng đứng lẫn tải trọng ngang Hệ thống này không chỉ đảm bảo khả năng chịu lực chính cho công trình mà còn tăng cường độ cứng, giúp công trình ổn định hơn trước các tác động khác.
Dưới tác động của tải trọng ngang, khung chịu cắt chủ yếu ảnh hưởng đến các tầng trên với chuyển vị tương đối nhỏ, trong khi các tầng dưới có chuyển vị lớn hơn Ngược lại, lõi chịu uốn chủ yếu làm cho chuyển vị tương đối của các tầng trên lớn hơn so với các tầng dưới Sự kết hợp này giúp giảm chuyển vị tổng thể của toàn bộ công trình khi các hệ thống này hoạt động cùng nhau.
2.3.1.2 Giải pháp kết cấu theo phương ngang
Căn cứ chiều cao tầng thấp (3.3m), nhịp lớn (10m), công năng của công trình nên sinh viên chọn giải pháp sàn không dầm
2.3.2 Giải pháp kết cấu nền móng
Dựa trên tải trọng và quy mô của công trình, sinh viên trong đồ án đã lựa chọn sử dụng móng sâu, với hai phương án cụ thể là móng cọc ép và móng cọc khoan nhồi.
VẬT LIỆU SỬ DỤNG
Vật liệu sinh viên chọn để dùng trong đồ án là bê tông cốt thép được trình bày cụ thể trong Bảng 2-1 và Bảng 2-2
Bảng 2-1 - Thông số bê tông sử dụng
STT Cấp độ bền Kết cấu sử dụng
1 Bê tông cấp độ bền B30: Rb = 17 MPa
Nền tầng trệt, cầu thang, lanh tô, trụ tường, móng, cột, dầm, sàn, bể nước, cầu thang
2 Vữa xi măng; cát B5C Vữa xi măng xây, tô trát tường nhà
STT Loại thép Đặc tính/ kết cấu sử dụng
1 Thép AI (d 10): Rs = Rsc = 225MPa
Rsw = 175 MPa ; Es = 2.1x10 5 MPa Cốt thép có d ≤ 10 mm
2 Thép AIII (d>10): Rs = Rsc = 365 MPa
Cốt thép dọc kết cấu các loại có d > 10mm
2.4.1 Lớp bê tông bảo vệ
Theo mục 8.3, đối với cốt thép dọc chịu lực, chiều dày lớp bê tông bảo vệ không được nhỏ hơn đường kính của cốt thép hoặc dây cáp, và cần đảm bảo các yêu cầu về ứng lực trước, ứng lực kéo trên bệ.
Trong bản và tường có chiều dày >100 mm: 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 cốt thép và không được nhỏ hơn mức quy định.
Khi chiều cao tiết diện cấu kiện nhỏ hơn 250mm: 10mm (15mm); Khi chiều cao tiết diện cấu kiện > 250mm: 15mm (20mm);
Giá trị trong ngoặc “( )” áp dụng cho cấu kiện ngoài trời hoặc những nơi ẩm ướt.
CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN SÀN – DẦM – CỘT
2.5.1 Sơ bộ chiều dày bản sàn
Chiều dày bản sàn phụ thuộc vào chiều dài nhịp tính toán, và được chọn theo công thức:
Để thuận lợi cho quá trình thi công, chọn chiều dày cho tất cả các ô sàn là h b 250mm
2.5.2 Sơ bộ tiết diện cột ,vách
Kích thước tiết diện cột thường được xác định trong giai đoạn thiết kế cơ sở, dựa trên kinh nghiệm thiết kế, các kết cấu tương tự hoặc thông qua tính toán sơ bộ dựa vào lực nén N được ước lượng gần đúng.
Diện tích tiết diện cột là Ac: c b
RTrong đó; N là lực dọc tại chân cột đang sơ bộ; k: là hệ số kể đến ảnh hưởng của momen
Tải trọng phân bố đều trên sàn, bao gồm tỉnh tải và hoạt tải, được ký hiệu là qi Số tầng trong công trình được ký hiệu là ni, trong khi diện tích truyền tải của sàn vào cột được ký hiệu là si Với chiều dày sàn 250 mm, tải trọng qi được chọn là 20 kN/m².
Bảng 2-3 – Bảng sơ bộ tiết diện cột ,vách
(m 2 ) (kN/m 2 ) (kN) cm 2 (cm) cm 2
Hình 2-1 – Mặt bằng định vị cột tầng điển hình 2.5.3 Sơ bộ tiết diện dầm biên
Trong đó : l là nhịp của dầm, l = 10 m
Bề rộng dầm : dc 1 1 dc b = h
Chọn kích thước dầm là (300x600)mm
Hình 2-2 – Mặt bằng dầm sàn tầng điển hình
THIẾT KẾ KẾT CẤU SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
MẶT BẰNG DẦM SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Hình 3-1 – Mặt bằng dầm sàn tầng điển hình
THÔNG SỐ THIẾT KẾ
- TCVN 2737 – 1995 [2] : Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế
- TCXDVN 5574–2012 [4] : Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế
- Trọng lượng riêng của các thành phần cấu tạo sàn lấy theo “ sổ tay thực hành kết cấu công trình” ( PGS TS.Vũ Mạnh Hùng )
Bê tông B30 : R b 17 MPa ;R b t 1.2 MPa E ; b 32.5 10 MPa. 3
Thép AI d 10 : Rs Rsc 225 MPa , R sw 175 MPa ;Es 21010 M 3 Pa
Thép AIII d 10 : R s R sc 365 MPa , R sw 290 MPa ;E s 20010 M 3 Pa
Do chiều cao tầng điển hình nhỏ (3.3m) và nhịp lớn (10m), sinh viên lựa chọn hệ kết cấu sàn không dầm để bảo đảm không làm ảnh hưởng tới chiều cao thông thủy và kiến trúc công trình Việc chọn ô sàn có kích thước lớn nhất trong mặt bằng công trình giúp xác định chiều dày sàn một cách hiệu quả.
Như đã sơ bộ ở phần trên h s 250mm.
XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG
3.3.1.1 Trọng lượng các lớp cấu tạo sàn p.ngủ, p.khách, p.ăn, hành lang
Hình 3-2 – Mặt cắt các lớp cấu tạo sàn p.ngủ, p.khách, p.ăn, hành lang
Bảng 3-1 - Bảng tải trọng thường xuyên do các lớp cấu tạo sàn căn hộ, hành lang
Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tĩnh tải tính toán kN / m 3 m kN / m 2 kN / m 2
1 Bản thân kết cấu sàn Chương trình tự tính toán
6 Tải trọng tường truyền trên sàn 18 0.1 4.77
Tổng tĩnh tải (Không kể trọng lượng bản thân sàn) 15.12 16.86
3.3.1.2 Trọng lượng các lớp cấu tạo sàn phòng vệ sinh, ban công
Hình 3-3 – Mặt cắt các lớp cấu tạo sàn phòng vệ sinh, ban công
Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải
Tĩnh tải tính toán kN / m 3 m kN / m 2 kN / m 2
1 Bản thân kết cấu sàn Chương trình tự tính toán
3 Vữa lát nền + tạo dốc 18 0.035 0.63 1.3 0.82
7 Tải trọng tường truyền trên sàn 18 0.1 4.77
Tổng tĩnh tải (Không kể trọng lượng bản thân sàn) 15.15 16.9
3.3.1.3 Tĩnh tải sàn do tường truyền vào sàn Để đơn giản trong tính toán, tải trọng bản thân tường được phân thành tải phân bố đều trên sàn Căn cứ vào mặt bằng kiến trúc của tầng điển hình, tính được tổng diện tích sàn tầng điển hình là 1617 m 2 (đã trừ đi diện tích lỗ trống) Tải tường trên sàn :
Trọng lượng bản thân tường có 100mm.
Tải tường quy về phân bố đều trên sàn: Tường ngăn rộng 100mm, cao 2.75m có tổng chiều dài là
Trọng lượng bản thân tường có 200mm
Tải tường quy về phân bố đều trên sàn: Tường ngăn rộng 200mm, cao 2.75m có tổng chiều dài là 180m Tải tường trên sàn:
Trọng lượng bản thân tường phân bố trên dầm
Tra Mục 4.3, TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế [2] được các giá trị hoạt tải thể hiện trong bảng sau :
Bảng 3-3 – Hoạt tải sử dụng trên công trình
Trị số tiêu chuẩn p tc kN / m 2 Hệ số vượt tải n
MÔ HÌNH TÍNH TOÁN
Hệ kết cấu sàn được mô hình hóa là sàn sườn toàn khối, trong đó 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 lên đầu cột, trong khi các DGN cũng là các dải liên tục, kê lên các gối tựa là DTC và vuông góc với chúng.
Các ô sàn trống như ô cầu thang máy, thang bộ và mô hình được gọi là lỗ trống Opening Trong khi đó, các lỗ kỹ thuật và lỗ Gen xuyên tầng vẫn được coi là liên tục và sẽ được xử lý bằng các biện pháp cấu tạo trong quá trình thi công sau này.
Bề rộng các DTC được chọn cách 2 bên tim cột 1 4 bề rộng nhịp, và 1 2 bề rộng nhịp còn lại là bề rộng các DGN
Mô hình tính toán sàn 3D trong phần mềm SAFE v2016
Hình 3-4 – Mô hình sàn 3D trong phần mềm SAFE
3.5.1 Biểu đồ gán tải trọng
Hình 3-5 – Mặt bằng gán tính tải sàn điển hình 3.5.1.2 Hoạt tải
Hình 3-6 – Mặt bằng gán tính hoạt sàn điển hình
Hình 3-7- Mặt bằng gán tải tường 3.5.2 Nội lực tính toán
Hình 3-8- Biểu đồ chuyển vị sàn
Hình 3-9- Biểu đồ momen DTC và DGN theo phương X
Hình 3-10- Biểu đồ momen DTC và DGN theo phương Y
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: h 0 = h – a = 250 – 20 = 230mm
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: Moment tính toán ở nhịp hoặc ở gối
Rb: Cường độ chịu nén của bêtông: R b 17MPa
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 : hệ số điều kiện làm việc Chọn b 1
3.6.2.1 Kiểm tra hàm lượng cốt thép
Điều kiện kiểm tra: min max s 0
Hàm lượng cốt thép hợp lý
Tính toán khả năng nứt của sàn
Quy định về cấp chống nứt theo TCVN 5574 – 2012 [4] :
Cấp 1: Không cho phép xuất hiện khe nứt
Cấp 2: Cho phép mở rộng ngắn hạn của vết nứt nhưng với bề rộng hạn chế nhưng đảm bảo sau đó vết nứt chắc chắn sẽ được khép kín lại acrc1 mở rộng dài hạn của vết nứt nhưng với bề rộng hạn chế
Kết cấu bêtông cốt thép thường (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 [4], vết nứt được hạn chế theo điều kiện:
Lực tác động bên ngoài nằm ở một phía của tiết diện so với trục trung hòa và đi qua điểm lõi, cách xa vùng chịu kéo của tiết diện Đối với các cấu kiện chịu uốn, điều này có ảnh hưởng quan trọng đến khả năng chịu lực và sự phân bố ứng suất trong tiết diện.
: Cường độ chịu kéo tính toán dọc trục của bêtông ứng với trạng thái giới hạn 2 Tra bảng 12 – TCVN 5574 : 2012 [4]
: Moment chống uốn của tiết diện quy đổi đối với thớ chịu kéo ngoài cùng Theo mục 7.1.2.6 TCVN 5574 – 2012 [4]
: Moment quán tính của tiết diện vùng bêtông chịu nén đối với trục trung hòa
: Moment quán tính của tiết diện cốt thép tương ứng đối với trục trung hòa α : Hệ số quy đổi
: Moment tĩnh của diện tích tiết diện tương ứng của vùng bêtông chịu kéo đối với trục trung hòa
Để xác định ứng lực P tác động lên trục, trong tính toán, cần lưu ý rằng dấu “+” được sử dụng khi P và trục có hướng ngược nhau, trong khi dấu “-” được sử dụng khi chúng cùng chiều Điều này rất quan trọng trong việc phân tích kết cấu bêtông acrc2 r crc bt,ser pl rp.
Mrp M r M rp M r không ứng lực trước, ứng lực trước P là do co ngót gây ra và lấy dấu “–” Xác định và như sau:
: Ứng suất trong cốt thép không căng S và S’ do co ngót gây ra Tra mục 8, Bảng 6 TCVN
Khoảng cách từ trọng tâm của tiết diện quy đổi đến điểm lõi tại vùng chịu kéo lớn nhất là một yếu tố quan trọng trong thiết kế cấu kiện sàn không có cốt thép căng trước Việc xác định khoảng cách này giúp đảm bảo tính ổn định và độ bền của cấu kiện khi chịu uốn.
Các đặc trưng hình học của tiết diện hình chữ nhật
Tính toán bề rộng vết nứt thẳng góc
Nếu điều kiện không thỏa, cần tính toán và kiểm tra vết nứt và hạn chế vết nứt theo Mục 7.2.2 TCVN 5574 – 2012 [4]
Trong cấu trúc dạng tấm, chỉ có vết nứt thẳng góc xuất hiện, và bề rộng của vết nứt thẳng góc với trục dọc của cấu kiện được xác định bằng một công thức cụ thể.
Hệ số cấu kiện δ được xác định là 1 cho các cấu kiện chịu uốn và nén lệch tâm, trong khi đối với cấu kiện chịu kéo, hệ số này là 1.2 Hệ số tác dụng của tải trọng được lấy theo quy định tại 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
A b h A A S red b h 2 2 A ' s a ' A s h 0 S b0 b h 2 x 2 r crc bt,ser pl rp
d (mm): Đường kính cốt thép
: 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:
Khoảng cách z được xác định từ trọng tâm diện tích cốt thép đến điểm đặt của hợp lực trong vùng chịu nén của tiết diện bê tông phía trên vết nứt Theo mục 7.4.3.2 TCVN 5574 – 2012, hệ số ν là hệ số đặc trưng trạng thái đàn dẻo của bê tông vùng chịu nén, được xác định theo Bảng 34 của tiêu chuẩn này Ngoài ra, ξ cũng được xác định theo công thức quy định trong cùng mục 7.4.3.2 của TCVN 5574 – 2012.
Số hạng thứ 2 của công thức ξ được xác định như sau: sử dụng dấu “+” cho cấu kiện chịu nén lệch tâm, dấu “–” cho cấu kiện chịu kéo lệch tâm, và bằng 0 khi cấu kiện chịu uốn Hệ số β được quy 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 (bao gồm lực nén hoặc kéo) so với trọng tâm tiết diện cốt thép S tương ứng với Moment M, được xác định theo công thức trong TCVN 5574 – 2012 [4] (xem mục 7.4.3.1).
Kiểm tra điều kiện cấp chống nứt là cấp 3
Bề rộng khe nứt ngắn hạn
: Bề rộng khe nứt do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng
: Bề rộng khe nứt do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn
Bề rộng khe nứt do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn
Các giá trị tra Bảng 1 và Bảng 2 TCVN 5574 – 2012 [4]
3.6.2.3 Kiểm tra chuyển vị (hay kiểm tra biến dạng – Kiểm tra võng)
Theo mục 7.4.2 của TCVN 5574-2012, việc xét độ cong của cấu kiện không có vết nứt trong vùng chịu kéo là rất quan trọng Độ cong toàn phần của cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm và kéo lệch tâm được xác định bằng công thức cụ thể.
1 / r 1 : Độ cong do tải trọng tạm thời ngắn hạn b1 b red
b1 : Hệ số xét đến từ biến ngắn hạn của bêtông Đối với bêtông nặng, bêtông hạt nhỏ, bêtông nhẹ có cốt liệu nhỏ đặc chắc và bêtông tổ ong: b1 0.85
Đối với bêtông nhẹ cốt liệu nhỏ xốp và bêtông rỗng: b1 0.7
M : Moment do ngoại lực ngắn hạn
1 / r 2 : Độ cong do tải trọng tạm thời dài hạn (tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn) s,tot e N tot s,tot tot e M
crc1 crc.1t crc.1d crc2 a a a a crc.1t a crc.1d a acrc2
b2 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của từ biến dài hạn của bêtông đến biến dạng của cấu kiện không vết nứt (Tra Bảng 33, TCVN 5574 – 2012)
M : Moment do ngoại lực dài hạn Đối với kết cấu không ứng lực trước, giá trị độ cong 1 / r 3 ; 1 / r 4 lấy bằng 0
Xét độ cong của cấu kiện có vết nứt trong vùng chịu kéo, theo mục 7.4.3, TCVN 5574 –
2012 [4] Độ cong toàn phần của cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm, kéo lệch tâm được xác định theo công thức:
1 / r 1 : Độ cong do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng
1 / r 2 : Độ cong do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn
1 / r 3 : Độ cong do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn
1 / r 4 : Độ vòng do co ngót và từ biến của bêtông khi chiu ứng lực nén trước Đối với cấu kiện bêtông thường, 1 / r 4 0
Các độ cong toàn phần 1 / r của cấu kiện chịu uốn xác định theo công thức: i
Các đại lượng Z, f , , xác định giống như phần tính toán bề rộng vết nứt thẳng góc
Hệ số s là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá khả năng làm việc của bêtông tại vùng chịu kéo ở đoạn có vết nứt Theo quy định tại mục 7.4.3.3 của TCVN 5574 – 2012, hệ số này áp dụng cho các cấu kiện được làm từ bêtông nặng, bêtông hạt nhỏ và bêtông nhẹ.
ls : Hệ số xét đến ảnh hưởng tác dụng dài hạn của tải trọng, tra Bảng 35 TCVN 5574 – 2012 [4]
m : Hệ số liên quan đến quá trình mở rộng khe nứt bt,ser pl m r rp m
Giá trị M rp lấy “–” khi M rp ngược chiều với M r
Hệ số b được sử dụng để xét đến sự phân bố không đồng đều của biến dạng trong bêtông chịu nén ở đoạn có vết nứt Đối với bêtông nặng, bêtông hạt nhỏ và bêtông nhẹ có cấp độ cao hơn B7.5, hệ số này là 0.9 Trong khi đó, đối với bêtông nhẹ, bêtông rỗng và bêtông tổ ong có cấp B7.5 và thấp hơn, hệ số được áp dụng là 0.7 Đối với các kết cấu chịu tải trọng lặp, hệ số này luôn là 1, không phụ thuộc vào loại và cấp độ bêtông.
Tính toán võng cho cấu kiện Độ võng của cấu kiện xác định theo công thức m q f f f
Trong cấu kiện sàn với tỷ lệ chiều dài trên chiều cao (l/h) lớn hơn hoặc bằng 10, có thể bỏ qua độ võng do biến dạng trượt Độ võng tổng thể được xác định bởi hai yếu tố: độ võng do biến dạng uốn (fm) và độ võng do biến dạng trượt (f).
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:
m : Xác định theo phương pháp cơ kết cấu
Kiểm tra điều kiện võng của cấu kiện f fu fu : Độ võng giới hạn của cấu kiện Tra Bảng 4, TCVN 5574 – 2012 [4]
Kết quả tính toán được thể hiện trong Bảng 3-4 và Bảng 3-5
Momen phân bố trên 1m dài
Tính thép lớp trên của DTC
Tính thép lớp dưới của DTC
Tính thép lớp trên của DGN
Tính thép lớp dưới của DGN
Bảng 3-5 – Kết quả tính toán cốt thép theo STRIP B – Phương trục Y
Momen phân bố trên 1m dài
Tính thép lớp trên của DTC
Tính thép lớp dưới của DTC
Tính thép lớp trên của DGN
Tính thép lớp dưới của DGN
Ta tính toán cụ thể cho thép lớp dưới của thép giữa nhịp của dãy Strip B phương trục Y
Tính toán thép cho DGN 6-7
- Lớp bê tông bảo vệ : abv = 20 mm h0 = h – abv = 250 – 20 = 230 ( mm )
- Kiểm tra hàm lượng thép:
Tính toán thép cho DGN 7-8
- Lớp bê tông bảo vệ : abv = 20 mm h0 = h – abv = 250 – 20 = 230 ( mm )
- Kiểm tra hàm lượng thép:
Tính toán thép cho DGN 8-9
- Lớp bê tông bảo vệ : abv = 20 mm h0 = h – abv = 250 – 20 = 230 ( mm )
- Kiểm tra hàm lượng thép:
Tính toán thép cho DGN 9-10
- Lớp bê tông bảo vệ : abv = 20 mm h0 = h – abv = 250 – 20 = 230 ( mm )
- Kiểm tra hàm lượng thép:
Các giá trị khác trong bảng tính cũng được tính toán tương tự như trên Kết quả đã được ghi rõ trong bảng tính
Các giá trị kết quả có 1 sự sai lệch nhỏ Nguyên nhân là do phần làm tròn chữ số thập phân sau dấu phẩy
Tuy nhiên giá trị sai lệch là rất nhỏ nên có thể bỏ qua và ta có thể chấp nhận kết quả trong bảng tính
3.7 KIỂM TRA KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA BẢN SÀN
3.7.1 Kiểm tra khả năng chống xuyên thủng của bản sàn
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: h 0 = h – a = 250 – 20 = 230mm
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: Moment tính toán ở nhịp hoặc ở gối
Rb: Cường độ chịu nén của bêtông: R b 17MPa
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 : hệ số điều kiện làm việc Chọn b 1
3.6.2.1 Kiểm tra hàm lượng cốt thép
Điều kiện kiểm tra: min max s 0
Hàm lượng cốt thép hợp lý
Tính toán khả năng nứt của sàn
Quy định về cấp chống nứt theo TCVN 5574 – 2012 [4] :
Cấp 1: Không cho phép xuất hiện khe nứt
Cấp 2: Cho phép mở rộng ngắn hạn của vết nứt nhưng với bề rộng hạn chế nhưng đảm bảo sau đó vết nứt chắc chắn sẽ được khép kín lại acrc1 mở rộng dài hạn của vết nứt nhưng với bề rộng hạn chế
Kết cấu bêtông cốt thép thường (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 [4], vết nứt được hạn chế theo điều kiện:
Lực ngoại tác động lên một phía của tiết diện liên quan đến trục song song với trục trung hòa, đi qua điểm lõi và cách xa khu vực chịu kéo của tiết diện Điều này đặc biệt quan trọng trong các cấu kiện chịu uốn.
: Cường độ chịu kéo tính toán dọc trục của bêtông ứng với trạng thái giới hạn 2 Tra bảng 12 – TCVN 5574 : 2012 [4]
: Moment chống uốn của tiết diện quy đổi đối với thớ chịu kéo ngoài cùng Theo mục 7.1.2.6 TCVN 5574 – 2012 [4]
: Moment quán tính của tiết diện vùng bêtông chịu nén đối với trục trung hòa
: Moment quán tính của tiết diện cốt thép tương ứng đối với trục trung hòa α : Hệ số quy đổi
: Moment tĩnh của diện tích tiết diện tương ứng của vùng bêtông chịu kéo đối với trục trung hòa
Trong quá trình tính toán ứng lực P tác động lên trục, cần xác định dấu của lực: lấy dấu “+” khi lực và trục có hướng ngược nhau, và dấu “–“ khi chúng cùng chiều Đối với kết cấu bê tông acrc2 r crc bt,ser pl rp, việc xác định đúng dấu ứng lực là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác trong phân tích kết cấu.
Mrp M r M rp M r không ứng lực trước, ứng lực trước P là do co ngót gây ra và lấy dấu “–” Xác định và như sau:
: Ứng suất trong cốt thép không căng S và S’ do co ngót gây ra Tra mục 8, Bảng 6 TCVN
Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện quy đổi đến điểm lõi xa vùng chịu kéo nhất là yếu tố quan trọng trong thiết kế cấu kiện sàn, đặc biệt là những cấu kiện chịu uốn mà không có cốt thép căng trước Việc xác định chính xác khoảng cách này giúp đảm bảo tính ổn định và độ bền của cấu trúc.
Các đặc trưng hình học của tiết diện hình chữ nhật
Tính toán bề rộng vết nứt thẳng góc
Nếu điều kiện không thỏa, cần tính toán và kiểm tra vết nứt và hạn chế vết nứt theo Mục 7.2.2 TCVN 5574 – 2012 [4]
Trong kết cấu dạng tấm, vết nứt thường xuất hiện theo phương thẳng góc, và bề rộng của vết nứt thẳng góc với trục dọc của cấu kiện có thể được xác định bằng công thức cụ thể.
Hệ số cấu kiện δ được xác định cho các loại cấu kiện khác nhau: đối với cấu kiện chịu uốn và nén lệch tâm, δ bằng 1, trong khi đối với cấu kiện chịu kéo, δ được lấy bằng 1.2 Hệ số tác dụng của tải trọng được quy định theo mục 7.2.2.1 trong 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
A b h A A S red b h 2 2 A ' s a ' A s h 0 S b0 b h 2 x 2 r crc bt,ser pl rp
d (mm): Đường kính cốt thép
: 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:
Khoảng cách z được định nghĩa là khoảng cách từ trọng tâm diện tích cốt thép đến điểm đặt của hợp lực trong vùng chịu nén của tiết diện bêtông phía trên vết nứt Theo mục 7.4.3.2 TCVN 5574 – 2012, hệ số ν phản ánh trạng thái đàn dẻo của bêtông vùng chịu nén và được xác định dựa trên Bảng 34 của tiêu chuẩn này Đồng thời, ξ cũng được xác định theo công thức quy định trong mục 7.4.3.2, TCVN 5574 – 2012.
Số hạng thứ 2 của công thức ξ được xác định bằng dấu “+” cho cấu kiện chịu nén lệch tâm, “–” cho cấu kiện chịu kéo lệch tâm, và bằng 0 cho cấu kiện chịu uốn Hệ số β có giá trị 1.8 cho bêtông nặng và bêtông nhẹ, 1.6 cho bêtông hạt nhỏ, và 1.4 cho bêtông rỗng và bêtông tổ ong.
Độ lệch tâm của lực dọc, bao gồm lực nén hoặc kéo, liên quan đến trọng tâm của tiết diện cốt thép S và tương ứng với Moment M, được xác định 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
: Bề rộng khe nứt do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng
: Bề rộng khe nứt do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn
Bề rộng khe nứt do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn
Các giá trị tra Bảng 1 và Bảng 2 TCVN 5574 – 2012 [4]
3.6.2.3 Kiểm tra chuyển vị (hay kiểm tra biến dạng – Kiểm tra võng)
Theo mục 7.4.2 của TCVN 5574-2012, việc đánh giá độ cong của cấu kiện không có vết nứt trong vùng chịu kéo là rất quan trọng Độ cong toàn phần của các cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm và kéo lệch tâm được xác định thông qua một công thức cụ thể.
1 / r 1 : Độ cong do tải trọng tạm thời ngắn hạn b1 b red
b1 : Hệ số xét đến từ biến ngắn hạn của bêtông Đối với bêtông nặng, bêtông hạt nhỏ, bêtông nhẹ có cốt liệu nhỏ đặc chắc và bêtông tổ ong: b1 0.85
Đối với bêtông nhẹ cốt liệu nhỏ xốp và bêtông rỗng: b1 0.7
M : Moment do ngoại lực ngắn hạn
1 / r 2 : Độ cong do tải trọng tạm thời dài hạn (tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn) s,tot e N tot s,tot tot e M
crc1 crc.1t crc.1d crc2 a a a a crc.1t a crc.1d a acrc2
b2 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của từ biến dài hạn của bêtông đến biến dạng của cấu kiện không vết nứt (Tra Bảng 33, TCVN 5574 – 2012)
M : Moment do ngoại lực dài hạn Đối với kết cấu không ứng lực trước, giá trị độ cong 1 / r 3 ; 1 / r 4 lấy bằng 0
Xét độ cong của cấu kiện có vết nứt trong vùng chịu kéo, theo mục 7.4.3, TCVN 5574 –
2012 [4] Độ cong toàn phần của cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm, kéo lệch tâm được xác định theo công thức:
1 / r 1 : Độ cong do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng
1 / r 2 : Độ cong do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn
1 / r 3 : Độ cong do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn
1 / r 4 : Độ vòng do co ngót và từ biến của bêtông khi chiu ứng lực nén trước Đối với cấu kiện bêtông thường, 1 / r 4 0
Các độ cong toàn phần 1 / r của cấu kiện chịu uốn xác định theo công thức: i
Các đại lượng Z, f , , xác định giống như phần tính toán bề rộng vết nứt thẳng góc
Hệ số s là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá khả năng làm việc của bêtông trong vùng chịu kéo tại các đoạn có vết nứt Theo quy định tại mục 7.4.3.3 của TCVN 5574 – 2012, hệ số này áp dụng cho các cấu kiện được làm từ bêtông nặng, bêtông hạt nhỏ và bêtông nhẹ, với công thức tính s ls m s.
ls : Hệ số xét đến ảnh hưởng tác dụng dài hạn của tải trọng, tra Bảng 35 TCVN 5574 – 2012 [4]
m : Hệ số liên quan đến quá trình mở rộng khe nứt bt,ser pl m r rp m
Giá trị M rp lấy “–” khi M rp ngược chiều với M r
Hệ số xét đến sự phân bố không đồng đều của biến dạng trong bêtông chịu nén được xác định theo loại bêtông Cụ thể, đối với bêtông nặng, bêtông hạt nhỏ và bêtông nhẹ cấp cao hơn B7.5, hệ số là 0.9 Đối với bêtông nhẹ, bêtông rỗng và bêtông tổ ong cấp B7.5 và thấp hơn, hệ số là 0.7 Trong trường hợp kết cấu chịu tải trọng lặp, hệ số áp dụng là 1, không phụ thuộc vào loại và cấp độ bêtông.
Tính toán võng cho cấu kiện Độ võng của cấu kiện xác định theo công thức m q f f f
Đối với cấu kiện sàn có tỷ lệ chiều dài trên chiều cao (l/h) lớn hơn hoặc bằng 10, có thể bỏ qua độ võng do biến dạng trượt (f) Trong đó, fm là độ võng do biến dạng uốn, và f là độ võng do biến dạng trượt.
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:
m : Xác định theo phương pháp cơ kết cấu
Kiểm tra điều kiện võng của cấu kiện f fu fu : Độ võng giới hạn của cấu kiện Tra Bảng 4, TCVN 5574 – 2012 [4]
Kết quả tính toán được thể hiện trong Bảng 3-4 và Bảng 3-5
Momen phân bố trên 1m dài
Tính thép lớp trên của DTC
Tính thép lớp dưới của DTC
Tính thép lớp trên của DGN
Tính thép lớp dưới của DGN
Bảng 3-5 – Kết quả tính toán cốt thép theo STRIP B – Phương trục Y
Momen phân bố trên 1m dài
Tính thép lớp trên của DTC
Tính thép lớp dưới của DTC
Tính thép lớp trên của DGN
Tính thép lớp dưới của DGN
Ta tính toán cụ thể cho thép lớp dưới của thép giữa nhịp của dãy Strip B phương trục Y
Tính toán thép cho DGN 6-7
- Lớp bê tông bảo vệ : abv = 20 mm h0 = h – abv = 250 – 20 = 230 ( mm )
- Kiểm tra hàm lượng thép:
Tính toán thép cho DGN 7-8
- Lớp bê tông bảo vệ : abv = 20 mm h0 = h – abv = 250 – 20 = 230 ( mm )
- Kiểm tra hàm lượng thép:
Tính toán thép cho DGN 8-9
- Lớp bê tông bảo vệ : abv = 20 mm h0 = h – abv = 250 – 20 = 230 ( mm )
- Kiểm tra hàm lượng thép:
Tính toán thép cho DGN 9-10
- Lớp bê tông bảo vệ : abv = 20 mm h0 = h – abv = 250 – 20 = 230 ( mm )
- Kiểm tra hàm lượng thép:
Các giá trị khác trong bảng tính cũng được tính toán tương tự như trên Kết quả đã được ghi rõ trong bảng tính
Các giá trị kết quả có 1 sự sai lệch nhỏ Nguyên nhân là do phần làm tròn chữ số thập phân sau dấu phẩy
Tuy nhiên giá trị sai lệch là rất nhỏ nên có thể bỏ qua và ta có thể chấp nhận kết quả trong bảng tính.
KIỂM TRA KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA BẢN SÀN
3.7.1 Kiểm tra khả năng chống xuyên thủng của bản sàn
Trên sàn, chúng ta tiến hành kiểm tra ba vị trí vách có độ võng lớn nhất, đại diện cho vách biên, vách giữa và vách góc Nếu các vị trí này đáp ứng tiêu chuẩn, sẽ không cần kiểm tra thêm các vị trí khác.
Theo Mục 6.2.5 4, TCVN 5574 – 2012: Kết cấu bêtông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế, 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
3.7.1.2 Tính toán chỗng xuyên tại vị trí cột góc C1 tại trục 6a – A
Hình 3-11- Diện tích truyền tải lên vách
Ta có F là lực nén thủng, gây ra bởi tải trọng bên trên bản sàn
1 là hệ số đối với bêtông nặng
Rbt 1.20MPa là cường độ chịu kéo của bêtông um là chu vi xuyên thủng trung bình
Chu vi đáy bé của tháp c v v
U 2 (h b ) 2 (1.1 0.4) 3m Chu vi đáy lớn của tháp l v v 0
Kiểm tra F263.26kN R bt U m h 0 1 1.20 10 3 3.92 0.23 1081.92kN
Vậy vị trí này đảm bào khả năng chống xuyên thủng
Hình 3-12- Diện tích truyền tải lên vách
Ta có F là lực nén thủng, gây ra bởi tải trọng bên trên bản sàn
1 là hệ số đối với bêtông nặng
Rbt 1.20MPa là cường độ chịu kéo của bêtông um là chu vi xuyên thủng trung bình
Chu vi đáy bé của tháp c v v
Chu vi đáy lớn của tháp l v v 0
Kiểm tra F479.37kN R bt U m h 0 1 1.20 10 3 5.12 0.23 1413.12kN
Vậy vị trí này đảm bào khả năng chống xuyên thủng
3.7.1.4 Tính tải chống xuyên thủng tại vị trí vách giữa C4 tại vị tri trục 9-E
Hình 3-13- Diện tích truyền tải lên vách
Ta có F là lực nén thủng, gây ra bởi tải trọng bên trên bản sàn
1 là hệ số đối với bêtông nặng
Rbt 1.20MPa là cường độ chịu kéo của bêtông um là chu vi xuyên thủng trung bình
Chu vi đáy bé của tháp c v v
Chu vi đáy lớn của tháp l v v 0
Vậy vị trí này đảm bào khả năng chống xuyên thủng
3.7.2 Kiểm tra vết nứt và độ võng sàn Đối với tính toán độ võng và vết nứt bản sàn ta đi kiểm tra 1 ô sàn có độ võng lớn nhất để tính toán.Nếu ô sàn này thỏa các điều kiện về độ võng và vết nứt thì ta khoong cần kiểm tra các ô sàn khác Ô sàn được chọn để tính toán là ô sàn S3 ở vị trí trục E,F – 9,10
3.7.2.1 Kiểm tra điều kiện hình thành vết nứt sàn
Lý thuyết tính toán được trình bày ở mục 3.6.2 Kết quả được trình bày trong bảng sau:
Bảng 3-6 – Kết quả tính toán điều kiện hình thành vết nứt bản sàn
Các đặc trưng Giá trị Đơn vị Ghi chú
Rbt.ser 1.80 MPa Cường độ kéo tính toán của bê tông B30 tính theo trạng thái giới hạn II
Es 2.00E+05 MPa Mô đun đàn hồi thép vùng chiu kéo AIII
E's 2.00E+05 MPa Mô đun đàn hồi thép vùng chịu nén AIII
Eb 3.25E+04 MPa Mô đun đàn hồi bê tông B30 b 1000 mm Bề rộng tiết diện tính toán h 250 mm Chiều cao tiết diện tính toán a 20 mm Khoảng cách từ tâm thép vùng chịu kéo đến mép ngoài bê tông a' 20 mm Khoảng cách từ tâm thép vùng chịu nén đến mép ngoài bê tông
As 1131 mm 2 Diện tích thép bố trí trong vùng chịu kéo,tại vị trí đang xét, Φ12a100
A's 1131 mm 2 Diện tích thép bố trí trong vùng chịu nén, tại vị trí đang xét, Φ12a100
M 20.96 kN.m M là momen do ngoại lực trên tiết diện đang xét
Khoảng cách từ tâm thép chịu kéo đến mép ngoài của bê tông chịu nén được xác định là h0 = 230 mm và h'0 = h - a Tỷ số mô đun đàn hồi giữa thép và bê tông được tính bằng α = E s /E b và α' = E' s /E b, với giá trị α là 6.153846154.
Diện tích tiết diện ngang quy đổi của vật liệu đàn hồi được tính bằng công thức Ared = bh + αAs + α'A's, trong đó Ared có giá trị 263920 mm² Chiều cao tương đối của vùng chịu nén được xác định là ξ = 1 - [bh + 2(1-a'/h)α'A's]/2Ared, với ξ có giá trị 0.502 Cuối cùng, chiều cao của vùng chịu nén được tính bằng x = ξh, trong đó h có giá trị 115.49 mm.
Ib0 5.13E+08 mm 4 Momen quán tính đối với trục trung hòa của tiết diện vùng bê tông chịu nén, I b0 = bx 3 /3
Is0 1.48E+07 mm 4 Momen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt thép chịu kéo, I s0 = A s (h - x - a) 2
I's0 1.03E+07 mm 4 Momen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt thép chịu nén, I' s0 = A' s (x - a') 2
Sb0 9.05E+06 mm 3 Momen tĩnh đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê tông chịu kéo, S bo = b(h-x) 2 /2
Momen kháng uốn của tiết diện đối với thớ chịu kéo ngoài cùng có xét đến biến dạng không đàn hồi của bê tông vùng chịu kéo,
Mcrc 34.17 kN.m Mô men chống nứt của tiết diện đang xét,
Kiểm tra điều kiện không nứt: M crc ≥M => Thỏa
Kết luận: Kết cấu không xuất hiện vết nứt
3.7.2.2 Tính toán độ võng sàn
Lý thuyết tính toán được trình bày ở mục 3.6.2 Kết quả được trình bày trong bảng sau:
Bảng 3-7 – Kết quả tính toán độ võng bản sàn
Các đặc trưng Giá trị Đơn vị Ghi chú
Rbt.ser 1.80 MPa Cường độ kéo tính toán của bê tông B25 tính theo trạng thái giới hạn II
Es 200000.00 MPa Mô đun đàn hồi thép vùng chiu kéo AIII
E's 200000.00 MPa Mô đun đàn hồi thép vùng chịu nén AIII
Mô đun đàn hồi của bê tông B25 là 32500.00 MPa, với bề rộng tiết diện tính toán là 1000.00 mm và chiều cao tiết diện tính toán là 250.00 mm Khoảng cách từ tâm thép vùng chịu kéo đến mép ngoài bê tông là 20.00 mm, trong khi khoảng cách từ tâm thép vùng chịu nén đến mép ngoài bê tông cũng là 20.00 mm.
Diện tích thép bố trí trong vùng chịu kéo là 1131.00 mm², với vị trí đang xét là Φ12a100 và h0 = 230 mm Khoảng cách từ tâm thép chịu kéo đến mép ngoài của bê tông chịu nén được tính bằng h0 = h - a, và h'0 = h - a' Tỷ số mô đun đàn hồi giữa thép và bê tông là α = 6.153846154.
= E s /E b α' 6.153846154 - Tỷ số mô đun đàn hồi thép/ mô đun đàn hồi bê tông, α' = E' s /E b
Momen quán tính của tiết diện quy đổi đối với trục trọng tâm của tiết diện,
I red = bh 3 /12 + (α-1) A s (h/2-a) 2 +(α'-1) A' s (h/2-a') 2 φb1 0.850 - Hệ số xét đến từ biến nhanh của bê tông; lấy bằng
0,85 đối với bê tông nặng φb2 2.00 -
Hệ số φ b2 được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của từ biến dài hạn của bê tông đến biến dạng của bê tông có khe nứt vùng kéo Cụ thể, khi tải trọng không kéo dài, φ b2 được xác định là 1,0 Tuy nhiên, khi tải trọng kéo dài, φ b2 thay đổi tùy thuộc vào độ ẩm của môi trường: ở mức độ ẩm từ 40% đến 75%, φ b2 là 2,0, trong khi ở mức độ ẩm dưới 40%, φ b2 tăng lên 3,0.
Bsh 3.77E+13 mm 4 B sh là độ cứng ngắn hạn của bê tông cốt thép;
Bl 1.89E+13 mm 4 B l là độ cứng dài hạn của bê tông cốt thép;
Hệ số điều chỉnh độ võng đàn hồi do tải trọng ngắn hạn trong SAFE so với độ võng thực của cấu kiện
Hệ số điều chỉnh độ võng đàn hồi do tải trọng dài hạn trong kết cấu BTCT được xác định qua công thức k2=EbJ/Bl 2.24, với độ võng thực của cấu kiện là f1 0.84 mm Đối với tải trọng ngắn hạn, độ võng đàn hồi tính toán trong phần mềm SAFE là f2 8.55 mm Trong khi đó, độ võng đàn hồi của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn được tính toán là f 20.11 mm Tổng độ võng toàn phần được tính bằng công thức f = f sh + f l = k 1 f 1 + k 2 f 2.
[f] 39.6 mm Độ võng cho phép quy định theo TCVN 5574 : 2012,
Kết luận: Thỏa độ võng cho phép theo TCVN 5574:2012
Vậy bản sàn đạt yêu cầu về độ võng
3.7.2.3 Tính toán chi tiết tính nứt cho bản sàn không hình thành vết nứt trong vùng chịu kéo Độ võng BTCT tính toán bằng phương pháp cơ học kết cấu,nhưng phải thay EJ=B
EJ: Độ cứng đàn hồi của vật liệu lý tưởng
B :Độ cứng bê tông cốt thép Độ võng toàn phần: f k f 1 1 k f 2 2
+ f 1 độ võng đàn hồi do tác dụng ngắn hạn(hoạt tải ngắn hạn) của tải trọng tiêu chuẩn
+ f 2 độ võng đàn hồi của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn (hoạt tải dài hạn) tiêu chuẩn
Trong đó:k , k 1 2 là hệ số quy đổi giữa độ cứng đàn hồi lý tưởng của vật liệu trên độ cứng thực của bê tông cốt thép b
B :Trong đó Bsh= b1 E I b red :là độ cứng ngắn hạn của BTCT b
B Trong đó Bl= b1 E I b red / b2 :là độ cứng dài hạn của BTCT
: Momen quán tính của tiết diện quy đổi đối với trục trọng tâm của tiết diện,
b1: Hệ số xét đến từ biến nhanh của bê tông; lấy bằng 0.85 đối với bê tông nặng
b 2: Hệ số xét đến ảnh hưởng của từ biến dài hạn của bê tông đến biến dạng của bê tông có khe nứt vùng kéo
+ Khi tác dụng của tải trọng không kéo dài φb2 = 1.0;
+ Khi tác dụng của tải trọng là kéo dài thì: φb2 = 2.0 đối với độ ẩm của môi trường là 40 - 75%; φb2 = 3.0 đối với độ ẩm dưới 40%
Bê tông B30 => R bt ,ser 1.8(MPa)
f 1 độ võng đàn hồi do tác dụng ngắn hạn(hoạt tải ngắn hạn) của tải trọng tiêu chuẩn được tính toán trong phần mềm SAFE là f 1 = 0.84 (mm)
Trong phần mềm SAFE, độ võng đàn hồi của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn được tính toán với giá trị f1 = 8.55 mm Độ võng toàn phần được xác định theo công thức f = kf1 + kf2, với k = 1.12 và k = 0.84, cho kết quả f = 20.1 mm.
Thỏa điều kiện độ võng.
THIẾT KẾ CẦU THANG
CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC CỦA CẦU THANG
4.1.1 Chọn kích thước cầu thang
Cầu thang tầng 2 đến tầng 19 của công trình này là cầu thang 2 vế dạng bản Mỗi vế gồm 17 bậc thang với kích thước:hb 166 mm ;l b 250(mm)
Góc nghiêng cầu thang: b b h 166 tg 0.64; 34 l 250
Chiều dày bản thang đươc chọn sơ bộ theo công thức:
Với Lo là nhịp tính toán của bản thang: L o 3200(mm).
Chọn bề dày bản thang như sơ bộ chọnhb 100 mm
Hình 4-1 – Mặt cắt cầu thang bộ 4.1.2 Kích thước bản thang
Kích thước bản chiếu nghỉ được chọn là 1.2 m và bản thang là 1.125 m.
XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG
Bê tông B30:Rb 17 MPa ; R b t 1.2 MPa E ; b 32.5 10 MPa. 3
Thép AI d 10 : Rs Rsc225 MPa , R sw 175 MPa ;Es 21010 M 3 Pa
Thép AIII d 10 : Rs Rsc 365 MPa , R sw 290 MPa ;Es 20010 M 3 Pa
4.2.2 Tải trọng tác dụng lên cầu thang
4.2.2.1 Tải trọng tác dụng lên bản nghiêng
Hình 4-2 – Cấu tạo bản nghiêng
Tĩnh tải được xác định theo công thức sau: n i tdi i 1 g n
i: là khối lượng lớp thứ i;
tdi: Chiều dày tương đương lớp thứ i theo bản nghiêng; n :i hệ số tin cậy của lớp thứ i
Chiều dày tương đương của bậc thang được xác định theo công thức sau: b td h cos 166.cos34
Trong đó: hb: Chiều cao bậc thang;
Chiều dày tương đương của đá granit :
Trong đó: lb: Chiều dài bậc thang; hb: Chiều cao bậc thang;
i: Chiều dày tương đương của lớp thứ i;
Trong đó p : Hoạt tải tiêu chuẩn; c n : Hệ số tin cậy p
Bảng 4-1 - Bảng giá trị tải trọng tác dụng lên bản thang nghiêng
Chiều dày tương đương (mm)
Tĩnh tải Đá hoa cương 20 27.72 20 1.1 0.61
Lớp bê tông cốt thép 100 100.00 25 1.1 2.75
Tải trọng tác dụng trên 1m bề rộng bản thang
Ghi chú: Trong đó, khối lượng của tay vịn bằng sắt lấy 0.30 kN/m
4.2.2.2 Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ,chiếu tới
Hình 4-3 – Cấu tạo bản chiếu nghỉ, chiếu tới
Bảng 4-2 - Bảng giá trị tải trọng tác dụng lên bản chiếu tới
Tải trọng Vật liệu Chiều dày
Tĩnh tải Đá hoa cương 20 24 1.1 0.53
Lớp bê tông cốt thép 100 25 1.1 2.75
4.2.3 Sơ đồ tính và nội lực cầu thang
Hình 4-4 – Mô hình và gán tải trọng cầu thang
Hình 4-5 – Giá trị momentại gối và nhịp của cầu thang
TÍNH TOÁN CỐT THÉP
4.3.1 Tính toán cốt thép cho vế thang 1
Cắt 1 dải rộng 1m để tính toán, bố trí thép đều cho bản thang
Căn cứ vào cấp độ bền của bê tông B30, tra bảng E2 TCVN 5574-2012 [4], ta xác định được các thông số R 0.583; R 0.413 đối với nhóm cốt thép AIII và
đối với nhóm cốt thép AI
Giả thiết khoảng cách từ mép bê tông chịu kéo đến trọng tâm nhóm cốt thép chịu kéo là a20mm Hàm lượng thép: min 0.05%
đối với nhóm cốt thép AIII
đối với nhóm cốt thép AI
4.3.2 Tính toán cụ thể cốt thép cho vế thang 1
4.3.2.1 Tính toán thép tại nhịp thang
Chiều cao làm việc của tiết diện: h o h a 100 20 80(mm)
Diện tích cốt thép: tt b b o 2 s s
Kiểm tra hàm lượng thép tt s o
4.3.2.2 Tính toán thép gối bản thang
Chiều cao làm việc của tiết diện: h o h a 100 20 80(mm)
Kiểm tra hàm lượng thép tt s o
Tính toán tương tự đối với nhịp và gối theo phương cạnh dài còn lại.
THIẾT KẾ KHUNG TRỤC F
MÔ HÌNH CÔNG TRÌNH
Hình 5-1 – Mô hình công trình trong phần mềm Etabs 2017
Hình 5-2 – Mặt cắt khung trục F trong phần mềm Etabs 2017
Hình 5-3 – Mặt bằng khung trục B trong phần mềm Etabs 2017
Hình 5-4 – Khai báo bê tông B30 trong phần mềm Etabs 2017
Hình 5-5 – Khai báo thép AI và AIII trong phần mềm Etabs 2017
Hình 5-6 – Khai báo tiết diện dầm và cột trong phần mềm Etabs 2017
Hình 5-7 – Khai báo tiết diện vách trong phần mềm Etabs 2017
XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH
5.2.1 Tĩnh tải tác dụng lên sàn
Tĩnh tải tác dụng lên sàn được tính toán và trình bày cụ thể tại mục 3.3.1 , CHƯƠNG 3 :
5.2.2 Hoạt tải tác dụng lên sàn
Tĩnh tải tác dụng lên sàn được tính toán và trình bày cụ thể tại mục 3.3.2 , CHƯƠNG 3 :
5.2.3 Tải trọng tường tác dụng lên sàn
Tải trọng tường tác dụng lên sàn được tính toán và trình bày cụ thể tại mục 3.3.1.3, CHƯƠNG 3 :
5.2.4 Tải trọng thành phần tĩnh của gió
Bảng 5-1 – Đặc điểm công trình Địa điểm xây dựng Tỉnh, thành: TP Cần Thơ
Quận, huyện: TP Cần Thơ
Vùng gió II-A Địa hình C
Cao độ của mặt đất so với chân công trình (m): 5.3
Theo điểu 6.3 , TCVN 2737-2012 [2] , giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió Wj tại điểm j ứng với độ cao zj so với mốc chuẩn:
W0 : Giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng kj : Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao
: Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, lấy bằng 1.2 c: Hệ số khí động, Gió đẩy: 0.80; gió hút: 0.60
Hj: Chiều cao đón gió của tầng thứ j
Bảng 5-2 – Bảng giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió
Vùng áp lực gió trên bản đồ I II III IV V
Theo TCVN 5574-2012 mục 6.4.1, khi ảnh hưởng của bão được đánh giá là yếu, giá trị áp lực gió W0 sẽ được giảm 10 daN/m² cho vùng I-A, 12 daN/m² cho vùng II-A và 15 daN/m² cho vùng III-A trong dạng địa hình C.
Công trình của sinh viên tọa lạc tại thành phố Cần Thơ, nằm trong vùng gió II-A với áp lực gió W 0 = 95 12 - 83 daN/m² Hệ số k(zj) được sử dụng để tính toán sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, được xác định dựa trên công thức cụ thể.
Bảng 5-3 – Độ cao Gradient và hệ số m t
Do tính đối xứng của công trình, việc nhập gió vào tâm hình học hoặc vào dầm biên đều mang lại kết quả tương tự Vì vậy, để tiết kiệm thời gian và đơn giản hóa quá trình, sinh viên thường chọn gán thành phần gió tĩnh vào tâm hình học.
Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió được tính theo công thứ sau:
: Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió , lấy bằng 1.0 c : Hệ số khí động lấy tổng cho mặt đón gió và hút gió:c=1.4
Hj : Chiều cao đón gió của tầng thứ j;
Lj : Bề rộng đón gió của tầng thứ j
Bảng 5-4 – Bảng giá trị tải trọng gió theo phương X
STT Tầng H (m) Z j (m) k j L Yj (m) W Xj (kN)
Bảng 5-5 – Bảng giá trị tải trọng gió theo phương Y
STT Tầng H (m) Z j (m) k j L Xj (m) W Yj (kN)
5.2.5 Thành phần động của tải gió
Thành phần động của gió được xác định dựa theo tiêu chuẩn TCVN 229 -1999 [3]
Thành phần động của tải trọng gió được xác định dựa trên các phương tương ứng với thành phần tĩnh của tải trọng gió Tiêu chuẩn chỉ xem xét thành phần gió theo phương X và Y, trong khi bỏ qua thành phần gió ngang và momen xoắn.
Các bước xác định thành phần gió động theo tiêu chuẩn TCVN 229-1999 [3] như sau:
- Bước 1: Thiết lập sơ đồ tính toán động lực
- 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 phương Y
5.2.5.1 Thiết lập sơ đồ tính động lực (theo phụ lục A TCVN 229-1999 [3] )
Công trình là thanh công son với khối lượng tập trung hữu hạn Hệ thống bao gồm một thanh công son có n điểm tập trung khối lượng, tương ứng với các khối lượng M1, M2, , Mn Phương trình vi phân tổng quát dao động của hệ được thiết lập khi bỏ qua khối lượng của thanh.
M , C , K : Ma trận khối lượng, cản và độ cứng của hệ
U,U : Vector gia tốc, vận tốc, dịch chuyển của các toạ độ xác định bậc tự do của hệ
W' : Vector lực kích động đặt tại các toạ độ tương ứng
Tần số và dạng dao động riêng của hệ được xác định từ phương trình vi phân thuần nhất không có cản (bỏ qua hệ số cản C):
là ma trận khối lượng
là ma trận độ cứng
Điều kiện tồn tại dao động là phương trình tồn tại nghiệm không tầm thường: y0 do đó phải điều kiện thỏa mãn điều kiện:
ij : Chuyển vị tại điểm j do lực đơn vị đặt tại điểm i gây ra
ij: Tần số vòng của dao động riêng (Rad/s)
Phương trình (6) cho phép xác định n giá trị thực, dương của i, từ đó có thể tìm ra các dạng dao động riêng bằng cách thay thế các giá trị vào phương trình (4) Khi n > 3, việc giải bài toán trở nên phức tạp hơn, yêu cầu sử dụng máy tính hoặc các phương pháp gần đúng như Năng Lượng RayLây, Bunop - Galookin, thay thế khối lượng, khối lượng tương đương, phương pháp đúng dần và sai phân Etabs 2016 là một trong những phần mềm hỗ trợ tính toán tần số và dạng dao động theo lý thuyết đã nêu.
Bảng 5-6 - Bảng thống kê chu kỳ và tần số dao động
Chu kỳ Tần số UX UY RZ SumUX SumUY SumRZ
Mức độ nhạy cảm của công trình đối với tải trọng gió quyết định việc xem xét thành phần động của tải trọng này, có thể chỉ cần tính đến tác động của thành phần xung vận tốc gió hoặc bao gồm cả lực quán tính của công trình.
Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng cho gió vùng II đối với công trình bê tông cốt thép được xác định là fL = 1.3, với độ giảm loga là = 0.3.
Nếu f1 > fL thì thành phần động của tải trọng gió chỉ kể đến tác dụng của xung vận tốc gió
Nếu f1 < fL thì phải kể thêm lực quán tính
Theo phân tích động học ở ta có:
Thành phần động của gió gồm xung của vận tốc gió và lực quán tính
- Theo phương X chỉ cần xét đến ảnh hưởng của mode 2
- Theo phương Y chỉ cần xét đến ảnh hưởng của mode 3
5.2.5.2 Cơ sở lý thuyết tính toán thành phần động của gió (theo mục 4.5 TCVN
Giá trị tiêu chuẩn thành động của gió tác dụng lên phần tử j của dạng dao động thứ i được xác định theo công thức:
- M : Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j j
- i : Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i
- i : Hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành nhiều phần, trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió có thể xem như không đổi
- y : Biên độ dao động tỉ đối của phần công trình thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ i ji
Hệ số động lực i cho dạng dao động thứ i được xác định từ Đồ thị trong TCXD 229:1999, và nó phụ thuộc vào thông số i cùng với độ giảm lôga của dao động .
Do công trình bằng BTCT nên có = 0.3
Thông số i xác định theo công thức: i 0 i
: Hệ số tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2
W0(N/m 2 ): Giá trị áp lực gió, đã xác định ở trên W0 = 83 kG/m 2 = 830 N/m 2 fi: Tần số dao động riêng thứ i
Đồ thị xác định hệ số động lực I gồm hai đường cong: Đường cong 1 áp dụng cho công trình bê tông cốt thép và gạch đá, cũng như các công trình khung thép có kết cấu bao che với 0.3 Đường cong 2 dành cho các công trình tháp trụ thép, ống khói và thiết bị dạng cột có bệ bằng bê tông cốt thép với 0.15.
Hệ số I được xác định bằng công thức: r k Fj k 1
Trong công thức, WFj đại diện cho giá trị tiêu chuẩn của thành phần động do tải trọng gió tác động lên phần thứ j của công trình, phản ánh các dạng dao động khác nhau và chỉ xem xét ảnh hưởng của xung vận tốc gió, được xác định theo công thức.
Hệ số áp lực động của tải trọng gió tại độ cao zj cho phần tử thứ j của công trình được xác định theo TCVN 2737-1995 Theo tiêu chuẩn này, với thời gian trung bình vận tốc gió là 3 giây, hệ số áp lực động được tính toán bằng công thức cụ thể.
Si - Diện tích mặt đón gió ứng với phần tử thứ j của công trình;
Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió phụ thuộc vào tham số ρχ và dạng dao động Sau khi xác định đầy đủ các thông số M, jψξi, i, yi, ta có thể tính toán giá trị tiêu chuẩn của thành phần động do gió tác động lên phần tử j theo dạng dao động thứ i, ký hiệu là WP(JI).
- Địa điểm xây dựng: Tỉnh, thành: Tp Cần Thơ
Quận, huyện: Tp Cần Thơ
Vùng gió: II-A Địa hình: C
- Cao độ của mặt đất so với chân công trình (m): 5.30
- Kích thước mặt bằng trung bình theo cạnh X, Lx (m): 37.2
- Kích thước mặt bằng trung bình theo cạnh Y, Ly (m): 51.2
- Cao độ của đỉnh công trình so với mặt đất H (m): 54.50
Bảng 5-7 - Bảng thông số dẫn xuất
Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú
- Giá trị áp lực gió Wo 83 kG/m 2 Bảng 4 (TCVN 2737:1995)
- Giá trị giới hạn của tần số fL 1.3 Hz Bảng 9 (TCVN 2737:1995)
- Tham số xác định hệ số 1 54.5 m Bảng 11(TCVN 2737:1995)
- Tham số xác định hệ số 1X 1X 51.2 m Bảng 11(TCVN 2737:1995)
- Tham số xác định hệ số 1Y 1Y 37.2 m Bảng 11(TCVN 2737:1995)
- Hệ số tương quan không gian 1X 0.634 Bảng 10(TCVN 2737:1995)
- Hệ số tương quan không gian 1Y 0.663 Bảng 10(TCVN 2737:1995)
Bảng 5-8 - Bảng giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió theo phương Y ứng với dạng dao động thứ 1 (Mode 3)
STT Tầng Mj (kN) zj WFj
(kN) yji yjiWFj yji2Mj WpjiX
Bảng 5-9 - Bảng giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió theo phương X ứng với dạng dao động thứ 1 (Mode 2)
(kN) y ji y ji W Fj y ji 2 M j W pjiX (kN)
Tổ hợp nội lực, chuyển vị gây ra do thành phần tĩnh và động của tải trọng gió t s d I 2 i 1
X - là momen uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị;
X t - là momen uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị do thành phần tĩnh của tải trọng gió gây ra;
X d - là momen uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị do thành phần động của tải trọng gió gây ra; s - là số dao động tính toán
Bảng 5-10 - Bảng tổng hợp giá trị tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình
STT Tầng Thành phần gió tĩnh Thành phần gió động
Phương X Phương Y Phương X (mode 2) Phương Y (mode 3)
WXj(kN) WYj(kN) WXj(kN) WYj(kN)
CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG
5.3.1 Khai báo các tổ hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng
Bảng 5-11 – Các trường hợp tải trọng
STT Kí hiệu tải trọng Loại tải Ý nghĩa
1 TLBT DEAD Trọng lượng bản thân
DEAD Trọng lượng phần hoàn thiện
4 HT1 LIVE Hoạt tải có giá trị nhỏ hơn 200 daN/m 2
5 HT2 LIVE Hoạt tải có giá trị lớn hơn 200 daN/m 2
6 GTX WIND Gió tĩnh phương X
7 GDX WIND Gió động phương X
8 GTY WIND Gió tĩnh phương Y
9 GDY WIND Gió động phương Y
10 HT TANG CHAN LIVE Hoạt tải tầng lẻ
11 HT TANG LE LIVE Hoạt tải tầng chẵn
Bảng 5-12 – Các trường hợp tải trọng trung gian
STT Tên COMBO Loại COMBO Thành phần
1 TINH TAI ADD 1.1 TLBT + 1.25 HOANTHIEN + 1.1 TUONG
Bảng 5-13 – Các tổ hợp tải trọng
COMBO Thành phần Ghi chú
COMBO 1 ADD TINH TAI + HT CHAT DAY -
COMBO 2 ADD TINH TAI + GX -
COMBO 3 ADD TINH TAI + GY -
COMBO 4 ADD TINH TAI + 0.9HT CHAT DAY+ 0.9GX -
COMBO Thành phần Ghi chú
COMBO 5 ADD TINH TAI + 0.9HT CHAT DAY - 0.9GX -
COMBO 6 ADD TINH TAI + 0.9HT CHAT DAY+ 0.9GY -
COMBO 7 ADD TINH TAI + 0.9HT CHAT DAY+ 0.9GY -
COMBO 8 ADD TINH TAI - GX -
COMBO 9 ADD TINH TAI - GY -
COMBO 10 ADD TINH TAI + HT TANG CHAN -
COMBO 11 ADD TINH TAI + HT TANG LE -
COMBO 12 ADD TINH TAI + 0.9HT TANG LE + 0.9 GX -
COMBO 13 ADD TINH TAI + 0.9HT TANG LE - 0.9 GX -
COMBO 14 ADD TINH TAI + 0.9HT TANG LE + 0.9 GY -
COMBO 15 ADD TINH TAI + 0.9HT TANG LE - 0.9 GY -
COMBO 16 ADD TINH TAI + 0.9HT TANG CHAN + 0.9 GX -
COMBO 17 ADD TINH TAI + 0.9HT TANG CHAN - 0.9 GX -
COMBO 18 ADD TINH TAI + 0.9HT TANG CHAN + 0.9 GY -
COMBO 19 ADD TINH TAI + 0.9HT TANG CHAN - 0.9 GY -
BAO ENVELOPE (Combo 1 + Combo 2 + + Combo 19) Tính toán cốt thép
Hình 5-9 – Mặt bằng gán tải hoàn thiện tầng điển hình
Hình 5-10 – Mặt bằng gán trường hợp tải HT1 tầng điển hình
Hình 5-11 – Mặt bằng gán trường hợp tải HT2 tầng điển hình
TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO VÁCH – KHUNG TRỤC F
5.4.1 Khái quát cơ bản về kết cấu lõi vách
Lõi và vách BTCT là kết cấu chịu lực quan trọng trong các tòa nhà nhiều tầng, kết hợp giữa vách cứng và hệ khung hoặc giữa các vách với nhau, tạo ra hệ thống chịu lực tối ưu cho công trình Tuy nhiên, việc tính toán vách cứng chưa được đề cập chi tiết trong Tiêu Chuẩn Thiết Kế của Việt Nam Do đó, thiết kế và tính toán vách cứng thường dựa vào các Tiêu Chuẩn quốc tế như Eurocode để áp dụng các phương pháp thiết kế hiệu quả.
5.4.2 Quan niệm tính toán vách cứng
Tổng quát trên mặt cắt ngang vuông góc với trục vách có đầy đủ 5 thành phần nội lực:
Khả năng chịu lực của vách phụ thuộc vào tất cả các thành phần nội lực trên
Vách chủ yếu chịu tải trọng đứng, trong khi tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng của nó Do đó, khả năng chịu moment ngoài mặt phẳng và lực cắt vuông góc với mặt phẳng thường bị bỏ qua Trong thực tế, việc tính toán đồng thời tất cả các thành phần nội lực rất phức tạp và tốn nhiều công sức Hầu hết các tiêu chuẩn hiện nay đều tách riêng moment và lực cắt để tính toán.
Hình 5-12 – Nội lực tác dụng lê vách
Theo Tiêu Chuẩn TCVN 5574 – 2012, hiện tại chưa có hướng dẫn cụ thể cho việc tính toán vách – Cấu kiện dạng tấm Cơ sở tính toán có thể áp dụng các quy định tính toán cột để xác định cốt thép dọc cho vách, và các quy định tính toán khả năng chịu lực trên tiết diện nghiêng như dầm và cột để tính toán cốt thép ngang Tuy nhiên, phương pháp tính toán này chưa phản ánh đầy đủ sự làm việc của vách.
Các phương pháp tính toán vách cứng thông dụng hiện nay:
Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi
Phương pháp vùng biên chịu Moment
Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác
5.4.2.1 Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi x y x y
Qy N, M ,Q y x a) Mô hình tính toán
Phương pháp này phân chia vách thành các phần tử nhỏ chịu lực kéo hoặc nén đúng tâm, với ứng suất phân bố đều trong mỗi phần tử Sau khi tính toán cốt thép cho từng phần tử, các kết quả được kết hợp và bố trí cho toàn bộ vách Thực tế, vách được coi là những cột nhỏ chịu lực kéo hoặc nén đúng tâm.
Các giả thiết cơ bản dùng khi tính toán:
Vật liệu đàn hồi Ứng lực kéo do cốt thép chịu, ứng lực nén do cả cốt thép và bêtông cùng chịu b) Các bước tính toán
Bước 1: Xác định trục chính và Moment quán tính chính trung tâm của vách
Hình 5-13 – Xác định trục chính và Moment quán tính chính trung tâm của vách
Bước 2: Chia vách thành những phần tử nhỏ
Các phần tử thường có chiều dài từ với h là chiều dài vách
Hình 5-14 – Chia vách thành những phần tử nhỏ
Bước 3: Xác định ứng suất trên mỗi phần tử
Với giả thiết vật liệu đàn hồi nên áp dụng công thức tính toán trong “Sức bền vật liệu” đi tính toán:
: Tung độ điểm chịu nén lấy với trục quán tính chính trung tâm
A: Diện tích mặt cắt ngang phần tử
: Moment quán tính chính trung tâm
Bước 4: Tính lực kéo nén tác dụng lên từng phần tử
Bước 5: Tính toán cốt thép
Bảng 5-14 – Tiêu chuẩn tính toán cốt thép cho vách
Bước 6: Kiểm tra hàm lượng cốt thép
Nếu thì đặt cốt thép chịu nén theo cấu tạo c) Nhận xét
Phương pháp này đơn giản, có thể áp dụng tính toán cho các vách có hình dạng phức tạp như L, T,
Việc kể đến năng chịu nén của cốt thép cho phép làm giảm tiết diên bêtông của vách
Giả thiết rằng cốt thép chịu nén và chịu kéo đều đạt đến giới hạn chảy trên toàn bộ tiết diện vách là không chính xác Chỉ các phần tử biên ở hai đầu vách mới có thể đạt đến giới hạn chảy, trong khi các phần tử ở giữa vách vẫn chưa đạt được điều này.
6.8.2.2 Phương pháp vùng biên chịu Moment a) Mô hình tính toán
Phương pháp này cho rằng cốt thép ở hai đầu vách được thiết kế để chịu toàn bộ moment, trong khi lực dọc trục được giả định phân bố đều trên toàn bộ tiết diện của vách.
Các giả thiết tính toán: Ứng lực kéo do cốt thép chịu Ứng lực nén do bêtông và cốt thép cùng chịu
Hình 5-15 – Sơ đồ tính vách b) Các bước tính toán
Bước đầu tiên trong thiết kế là giả định chiều dài B của vùng chịu toàn bộ Moment Cần xem xét vách chịu lực dọc trục N và Moment uốn trong mặt phẳng, với Moment tương đương được coi như một cặp ngẫu lực đặt ở vị trí thích hợp.
Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên và vùng giữa
A: Diện tích mặt cắt ngang của vách
Bước 3: Tính toán diện tích cốt thép chịu kéo hoặc nén
Tính toán diện tích cốt thép cho vùng biên của vách tương tự như cột chịu kéo và nén đúng tâm Khả năng chịu lực của cột chịu kéo – nén đúng tâm được xác định theo công thức cụ thể.
Cường độ tính toán chịu nén của bêtông và chịu kéo của cốt thép
Diện tích tiết diện bêtông vùng biên và cốt thép dọc
Nếu (Vùng biên chịu kéo):
Nếu (Vùng biên chịu nén):
Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép Nếu kết quả tính toán không đạt yêu cầu, cần tăng kích thước B của vùng biên và thực hiện tính toán lại Chiều dài tối đa của vùng biên B là một giá trị xác định; nếu kích thước B vượt quá giá trị này, việc tăng chiều dày vách là cần thiết.
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 c) Nhận xét
Phương pháp này tương tự phương pháp Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi , chỉ khác tập trung toàn bộ cốt thép chịu Moment ở 2 đầu vách
Phương pháp này thích hợp với trường hợp vách có tiết diện tăng cường ở 2 đầu vách (bố trí cột ở 2 đầu vách)
Phương pháp này thiên về an toàn vì chỉ kể đến khả năng chịu Moment của một phần diện tích vách (vùng biên)
5.4.2.2 Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác a) Khái niệm
Phương pháp này dựa trên các giả thiết về cách hoạt động của bê tông và cốt thép để xác định trạng thái chịu lực giới hạn của vách bê tông cốt thép Từ đó, các trạng thái này tạo thành một đường cong thể hiện mối quan hệ giữa lực dọc N và Moment M trong trạng thái giới hạn.
Tiết diện vách được giả thiết là vẫn phẳng trước và sau khi chịu lực, điều này rất quan trọng trong tính toán các cấu kiện như dầm và cột theo các tiêu chuẩn Anh, Mỹ, Úc Dựa trên giả thiết này, có thể xác định biến dạng lớn nhất của bêtông trong vùng nén và cốt thép trong vùng kéo hoặc nén ít.
Giả thiết quan hệ ứng suất biến dạng của cốt thép, quan hệ này đã được đơn giản hóa để thuận tiên cho tính toán
Giả thiết về biểu đồ ứng suất bêtông vùng nén và bêtông vùng nén quy đổi
Giả thiết về biến dạng cực hạn quy ước của bêtông vùng nén c) Thiết lập biểu đồ tương tác
Nguyên tắc chung trong tính toán bêtông là dựa vào biến dạng cực hạn của vùng nén và vị trí của trục trung hòa Chiều cao của vùng nén x giúp xác định trạng thái ứng suất trong bêtông và cốt thép của vách Các ứng suất này được tổng hợp thành một lực dọc và một moment tại trọng tâm hình học của vách, tạo thành một điểm trên biểu đồ tương tác.
Hình 5-16 – Biểu đồ ứng suất trong Bêtông, Biểu đồ biến dạng, Quan hệ ứng suất biến dạng của cốt thép theo tiêu chuẩn ACI318, BS8110 và AS3600
Bước 2: Tính toán chiều cao vùng nén bêtông quy đổi
Bước 3: Tính toán biến dạng của cốt thép
Bước 4:Tính toán ứng suất trong cốt thép
Bước 5: Tính toán hợp lực của vùng bêtông chịu nén và cốt thép tại trọng tâm hình học của vách
Bước 6: Thay đổi x và làm lại từ Bước 1
Hình 5-17 – Trình tự thiết lập biểu đồ tương tác d) Nhận xét
Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác được xem là phương pháp chính xác nhất để phản ánh đúng sự làm việc của vách bêtông cốt thép.
Phương pháp này xem 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 thường yêu cầu một khối lượng tính toán lớn và phức tạp Để giảm bớt khối lượng tính toán này, có thể áp dụng biểu đồ gần đúng như trong Hình 5-18.
Hình 5-18 – Biểu đồ tương tác
Trên cơ sở phân tích trên, sinh viên chọn Phương pháp vùng biên chịu Moment để tính toán cho cấu kiện vách trong Đồ Án Tốt Nghiệp
5.4.3 Nội lực trong vách Để đơn giản trong tính toán, sinh viên chỉ xét đến 3 cặp nội lực gây nguy hiểm là M33max , M33min và
KIỂM TRA KẾT CẤU
5.5.1 Kiểm tra ổn định chống lật
Theo TCVN 198 – 1997 [1] điều kiện kiểm tra chống lật cho công trình phải thỏa mãn:
Với M CL , M L lần lượt là Moment chống lật và Moment gây lật cho công trình Điều kiện trên được áp dụng khi H
B 5 thì được áp dụng Đối với công trình trong Đồ Án Tốt Nghiệp, xét tỉ số H 63.6
B 34.2 nên không cần kiểm tra chống lật cho công trình
5.5.2 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 bảng C.4 , TCVN
5574 - 2012 [4] 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
Chuyển vị ngang giới hạn tại đỉnh công trình theo phương pháp đàn hồi có giá trị là: f 1
- Từ phần mềm Etabs 2017 ta có được chuyển vị lớn nhất theo phương X là fx = 23.916 (mm)
- Từ phần mềm Etabs 2017 ta có được chuyển vị lớn nhất theo phương Y là fy = 12.69 (mm)
- Ta có chiều cao công trình là 55075 (mm)
Kiểm tra điều kiện chuyển vị x y f 23.92 f
Chuyển vị ngang của công trình đạt yêu cầu
