ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG GVHD 1 PGS TS NGÔ ĐĂNG QUANG GVHD 2 KS LẠI VĂN QUÍ VƯƠNG THỊ MỸ DUNG – 4951101011 LỚP XDDDCN1 K49 1 MỤC LỤC PHẦN 1 PHẦN KIẾN TRÚC 11 CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH CÔNG TRÌNH 11 1 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH 11 1 1 1 Mục đích xây dựng công trình 11 1 1 2 Vị trí và đặc điểm công trình 11 1 1 2 1 Vị trí công trình 11 1 1 2 2 Điều kiện tự nhiên 12 1 1 3 Quy mô công trình 13 1 1 3 1 Loại công trình 13 1 1 3 2 Số tầng hầm 14 1 1 3 3 Số tầng 15 1 1 3 4 Cao độ mỗi tầng 17 1 1 3 5 Chi.
KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH CÔNG TRÌNH
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH
1.1.1 Mục đích xây dựng công trình
Thành phố Rạch Giá, nằm trong khu vực đồng bằng Sông Cửu Long, nổi bật với sự năng động và nền kinh tế phát triển mạnh mẽ Với vị trí địa lý thuận lợi, Rạch Giá đang thu hút nhiều nhà đầu tư và không ngừng đổi mới để triển khai các dự án chiến lược của tỉnh Kiên Giang.
Với xu hướng phát triển hiện nay, đầu tư vào lĩnh vực cho thuê văn phòng trở thành một kênh đầu tư hiệu quả Để đáp ứng nhu cầu tìm kiếm địa điểm làm văn phòng đại diện cho các công ty và doanh nghiệp, công trình "LÊ NGỌC BUILDING" đã được ra mắt.
1.1.2 Vị trí và đặc điểm công trình
1.1.2.1 V ị trí công tr ình Địa chỉ: 47 Trần Phú, P Vĩnh Thạnh, Tp Rạch Giá, Tỉnh Kiên Giang
Hình 1.1 – Vị trí công trình được chụp từ Google Earth
TT thương mại tỉnh Rạch Giá
Thành phố Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang, có khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai mùa chính: mùa mưa và mùa khô Thời gian mưa và bão thường diễn ra từ tháng 8 đến tháng 10.
Lượng mưa trung bình hàng năm là: 2.146,8 mm
Nhiệt độ trung bình hàng năm: từ 26,4 0 C28 0 C
Số giờ nắng trong năm: mùa khô 78 giờ/ngày, mùa mưa 46 giờ/ngày Độ ẩm tương đối trung bình: 80% - 83%
Hướng gió: Tây- Tây Bắc, vận tốc gió 3,9m/s
Thành phố Rạch Giá có khí hậu ổn định, ít chịu ảnh hưởng từ thời tiết và thiên tai, không có hiện tượng rét hay sương muối, và không bị bão đổ bộ trực tiếp Nơi đây được hưởng ánh sáng và nhiệt lượng dồi dào, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển.
1.1.3.1 Lo ại công tr ình
Công trình dân dụng - cấp 2 ( 5000m 2 S sàn 10.000m 2 hoặc 9 số tầng19)
Hình 1.2 – Mặt đứng của công trình
Công trình có: 1 tầng hầm
Hình 1.3 – Mặt bằng tầng hầm
Công trình có: 1 tầng trệt, 10 tầng lầu, 1 tầng kỹ thuật, 1 tầng mái
Hình 1.4 – Mặt bằng tầng trệt
Hình 1.5 – Mặt bằng tầng 1 tầng 10
Hình 1.6 – Mặt bằng tầng kỹ thuật
1.1.3.5 Chi ều cao công tr ình
Công trình có chiều cao là 43m (tính từ cao 0.000m , chưa kể Tầng Hầm)
1.1.3.6 Di ện tích xây dựng
Diện tích xây dựng của công trình là: 30,2m x 24,2m = 730,84m 2
1.1.4 Vị trí giới hạn công trình
- Hướng đông: giáp với đường Trần Phú
- Hướng tây: giáp với đường Mẫu Thân
- Hướng nam: giáp với công trình dân dụng
- Hướng bắc: giáp với công trình dân dụng
- Tầng Hầm: Bố trí Nhà Xe
- Tầng Trệt: Ban Quản Lý tòa nhà và Nhà Sách
- Tầng 1 10: Văn phòng cho thuê
- Tầng Kỹ Thuật: Bố trí Phòng Kỹ Thuật.
CÁC GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC CỦA CÔNG TRÌNH
- Mặt bằng có dạng hình chữ nhật với diện tích khu đất như ở trên (730,84m 2 )
Tầng hầm nằm ở cốt cao độ -3,200m, được thiết kế với 2 ram dốc từ mặt đất, hướng từ đường chính Trần Phú và đường phụ Mậu Thân, giúp lối ra vào thuận tiện và dễ quản lý Với công năng chính là cho thuê văn phòng, phần lớn diện tích tầng hầm được sử dụng làm garage để xe, bố trí các hộp gain hợp lý nhằm tạo không gian thoáng đãng Hệ thống cầu thang bộ và thang máy được đặt ngay lối vào tầng hầm, giúp người sử dụng dễ dàng nhận thấy và thuận tiện di chuyển Hệ thống phòng cháy chữa cháy cũng được thiết kế dễ dàng quan sát, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Tầng trệt của khối nhà được thiết kế như khu sinh hoạt chung, với trang trí bắt mắt bao gồm cột ốp inox, khu trưng bày sách và phòng khách, tạo không gian thoải mái cho cư dân Phòng quản lý cao ốc được đặt ở vị trí dễ nhìn, thuận tiện cho khách khi cần liên hệ, trong khi khu nội bộ được bố trí với lối ra vào riêng biệt Sự sắp xếp này giúp hoạt động và quản lý trở nên dễ dàng hơn, phù hợp với kiến trúc mặt bằng đã được thiết kế.
Tầng điển hình từ 1 đến 10 của tòa nhà thể hiện rõ chức năng chính của khối nhà, với khu vệ sinh và khu vực giao thông được phân bổ hợp lý Toàn bộ diện tích còn lại được sử dụng làm mặt bằng cho thuê văn phòng, tối ưu hóa hiệu quả sử dụng không gian Đặc biệt, vị trí của tòa nhà tiếp giáp với đường ở cả hai đầu càng gia tăng tính hiệu quả trong hoạt động kinh doanh.
Tầng kỹ thuật có cấu trúc tương tự như các tầng điển hình, với sự khác biệt là bố trí cột cấy để tạo không gian cho kho phụ và các phòng kỹ thuật phục vụ cho toàn bộ khối nhà.
1.2.2 Giải pháp mặt cắt và cấu tạo
1.2.2.1 Gi ải pháp mặt cắt
- Chiều cao đối với các tầng điển hình là 3,500m ngoại trừ tầng hầm và tầng trệt
- Chiều cao thông thủy (điển hình) của tầng xấp xỉ 2,900m
- Chiều cao dầm tối đa của kiến trúc h `0mm
1.2.2.2 Gi ải pháp cấu tạo
- Cấu tạo chung của các lớp sàn
Lớp Gạch ceramic Lớp Vữa lót Lớp Bản sàn BTCT Lớp Vữa trát
Hình 1.7 – Các lớp cấu tạo sàn
- Sự khác biệt của cấu tạo các sàn
+ Sàn văn phòng, sàn hành lang và sàn kỹ thuật
Các lớp cấu tạo Chiều dày(cm)
Lớp gạch lát nền 1 Lớp vữa lót gạch 4
Các lớp cấu tạo Chiều dày(cm)
Lớp vữa lót gạch, chống thấm tạo dốc 5
Các lớp cấu tạo Chiều dày(cm)
Lớp gạch chống nóng 3 Lớp vữa lót tạo dốc 3
1.2.3 Giải pháp mặt đứng + hình khối
1.2.3.1 Gi ải pháp mặt đứng
Công trình nổi bật với sự kết hợp hài hòa giữa bê tông cốt thép và kính, cùng với các lan can inox, tạo nên không gian thoáng mát và thẩm mỹ.
- Với vị trí 2 mặt trước và sau đều giáp đường nên được trang trí gạch ốp tường làm điểm nổi bật cho bề ngoài công trình
1.2.3.2 Gi ải pháp h ình kh ối
Công trình có hình dáng bên ngoài dạng khối hình chữ nhật, phù hợp với vị trí khu đất, nơi có các công trình dân dụng xung quanh ở cả mặt tiền và mặt hậu giáp đường.
1.2.4 Giải pháp giao thông trong công trình
- Giao thông đứng: có 3 buồng thang máy, 2 cầu thang bộ
- Giao thông ngang: hành lang là lối giao thông chính.
GẢI PHÁP KẾT CẤU CỦA KIẾN TRÚC
- Hệ kết cấu của công trình là hệ kết cấu khung BTCT toàn khối
- Mái phẳng bằng bê tông cốt thép và được chống thấm
- Cầu thang bằng bê tông cốt thép toàn khối
Bể chứa nước bằng bê tông cốt thép và bể inox được lắp đặt trên tầng kỹ thuật, phục vụ mục đích trữ nước cho toàn bộ các tầng và hỗ trợ công tác cứu hỏa.
- Tường bao che dày 200mm, tường ngăn dày 100mm
- Phương án móng dùng phương án móng cọc.
CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT KHÁC
Công trình sử dụng điện từ hai nguồn chính: lưới điện thành phố Rạch Giá và máy phát điện 150 kVA Tất cả thiết bị, bao gồm máy biến áp, được lắp đặt tại tầng hầm nhằm giảm thiểu tiếng ồn và rung động, không ảnh hưởng đến sinh hoạt của cư dân.
Toàn bộ hệ thống điện được lắp đặt ngầm, đồng thời với quá trình thi công Hệ thống cấp điện chính được bố trí trong hộp kỹ thuật và được luồn trong gen điện, đảm bảo không đi qua khu vực ẩm ướt, giúp dễ dàng cho việc sửa chữa sau này.
Mỗi tầng của tòa nhà được trang bị hệ thống điện an toàn với chức năng ngắt điện tự động từ 1A đến 80A, được phân bố hợp lý theo từng khu vực, nhằm đảm bảo an toàn và phòng chống cháy nổ hiệu quả.
- Mạng điện trong công trình được thiết kế với những tiêu chí như sau:
+ An toàn : không đi qua khu vực ẩm ướt như khu vệ sinh
+ Dễ dàng sửa chữa khi có hư hỏng cũng như dễ kiểm soát và cắt điện khi có sự cố + Dễ thi công
Mỗi khu vực thuê sẽ được trang bị một bảng phân phối điện riêng, cùng với hệ thống đèn thoát hiểm và chiếu sáng khẩn cấp được lắp đặt theo quy định của cơ quan có thẩm quyền.
Công trình sử dụng nguồn nước từ hệ thống cấp nước Tp Rạch Giá, được chứa trong bể ngầm và bơm lên bể nước mái Từ bể mái, nước được phân phối đến các tầng qua các đường ống dẫn chính Hệ thống bơm nước được thiết kế hoàn toàn tự động, đảm bảo cung cấp đủ nước cho sinh hoạt và phục vụ cứu hỏa.
Các đường ống nước được bọc kín trong các hộp gen và hệ thống cấp nước được lắp đặt ngầm trong các hộp kỹ thuật Đường ống cứu hỏa chính được bố trí tại mỗi tầng dọc theo khu vực giao thông đứng và trên trần nhà.
Nước mưa trên mái được thu gom qua các lỗ và chảy vào ống thoát nước mưa có đường kính 0 mm, dẫn xuống dưới Trong khi đó, hệ thống thoát nước thải được thiết kế với đường ống riêng biệt Nước thải từ các buồng vệ sinh sẽ được dẫn qua ống riêng, đưa vào bể xử lý nước thải trước khi được kết nối với hệ thống thoát nước chung.
1.4.4 Hệ thống thống gió Ở các tầng đều có cửa sổ thông thoáng tự nhiên Bên cạnh đó, công trình còn có các khoảng trống thông tầng nhằm tạo sự thông thoáng thêm cho tòa nhà Hệ thống máy điều hòa được cung cấp cho tất cả các tầng Họng thông gió dọc cầu thang bộ, sảnh thang máy Sử dụng quạt hút để thoát hơi cho các khu vệ sinh và ống gain được dẫn lên mái
Các tầng trong công trình được chiếu sáng tự nhiên nhờ vào các cửa kính bên ngoài và giếng trời, tạo ra không gian sáng sủa và thoáng đãng Bên cạnh đó, hệ thống chiếu sáng nhân tạo được thiết kế hợp lý để đảm bảo ánh sáng đầy đủ cho những khu vực cần thiết.
1.4.6 Hệ thống phòng cháy chữa cháy
Hệ thống báo cháy được lắp đặt tại tất cả các khu vực cho thuê, đảm bảo an toàn cho người sử dụng Các bình cứu hỏa được trang bị đầy đủ và được bố trí hợp lý ở các hành lang và cầu thang, tuân thủ theo hướng dẫn của ban phòng cháy chữa cháy Thành phố Rạch Giá.
- Bố trí hệ thống cứu hoả gồm các họng cứu hoả tại các lối đi, các sảnh … với khoảng cách tối đa theo đúng tiêu chuẩn TCVN 2622 – 1995
1.4.7 Hệ thống chống sét Được trang bị hệ thống chống sét theo đúng các yêu cầu và tiêu chuẩn về chống sét nhà cao tầng (Thiết kế theo TCVN 46 – 84)
Rác thải được thu gom từ các tầng thông qua hệ thống kho thoát rác, với gian rác được bố trí tại tầng hầm Gian rác được thiết kế kín đáo và xử lý cẩn thận nhằm ngăn chặn mùi hôi và ô nhiễm môi trường, đồng thời có bộ phận hỗ trợ đưa rác thải ra ngoài một cách hiệu quả.
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
CƠ SỞ TÍNH TOÁN KẾT CẤU
- Căn cứ Nghị Định số 16/2005/NĐ - CP, ngày 07/02/2005 của Chính Phủ về quản lý dự án đầu tư xây dựng
- Căn cứ Nghị Định số 209/2004/NĐ - CP, ngày 16/12/2004 về quản lý chất lượng công trình xây dựng
- Căn cứ thông tư số 08/2005/TT- BXD , ngày 06/05/2005 của Bộ Xây Dựng về thực hiện Nghị Định số 16/2005/NĐ - CP
- Các tiêu chuẩn quy phạm hiện hành của Việt Nam
2.1.2 Cơ sở tính toán kết cấu
* Các tiêu chuẩn áp dụng và tài liệu tham khảo:
- TCXD 45-78 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
- TCVN 2737- 1995 Tải trọng và tác dụng - Tiêu chuẩn thiết kế
- TCXDVN 198 -1995 Nhà cao tầng -Thiết kế Bê Tông Cốt Thép toàn khối
- TCXDVN 205 -1998 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế
- TCXDVN 229 -1999 Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải gió
- TCXDVN 356 -2005 Kết cấu Bê Tông và Bê Tông toàn khối
- GS.TS Nguyễn Đình Cống Tính toán thực hành Cấu Kiện Bê Tông Cốt Thép -Theo TCXDVN 356 – 2005, Nhà xuất bản Xây Dựng
- PGS PTS Vũ Mạnh Hùng Sổ tay thực hành kết cấu công trình, Nhà xuất bản Xây
- PGS TS Lê Bá Huế ( chủ biên), TS Phan Đình Tuấn Khung Bê Tông Cốt Thép Toàn
Khối, Nhà xuất bản Khoa Học Và Kỹ Thuật
Võ Bá Tầm đã cho ra mắt bộ sách "Kết cấu Bê Tông Cốt Thép" gồm ba tập: Tập 1 tập trung vào các cấu kiện cơ bản, Tập 2 đề cập đến cấu kiện nhà cửa và Tập 3 giới thiệu các cấu kiện đặc biệt Bộ sách được xuất bản bởi Nhà xuất bản ĐH Quốc Gia TP HCM, cung cấp kiến thức chuyên sâu về kết cấu bê tông cốt thép cho sinh viên và kỹ sư trong ngành xây dựng.
- Trường ĐH Xây Dựng Bộ môn Công Trình Bê Tông Cốt Thép Sàn sườn Bê Tông Cốt
Thép toàn khối, Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ Thuật Hà Nội
- Phan Hồng Quân, Nền và Móng, Nhà Xuất bản Giáo Dục.
LỰA CHỌN GIẢI PHẤP KẾT CẤU PHẦN THÂN
2.2.1 Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân
* Căn cứ vào sơ đồ làm việc thì kết cấu nhà cao tầng có thể phân loại như sau:
- Các hệ kết cấu cơ bản: 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 chuyền, kết cấu có hệ giằng liên tầng và kết cấu có khung ghép Những hệ kết cấu này đều có vai trò quan trọng trong việc tăng cường độ bền và khả năng chịu lực của công trình Việc lựa chọn hệ kết cấu phù hợp giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng và đảm bảo an toàn cho các công trình xây dựng.
Phân tích một số kết cấu để chịu lực cho công trình
- 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, tuy nhiên khả năng chịu uốn ngang kém nên hạn chế sử dụng đối với nhà có chiều cao h>40m
Phương án 2: hệ khung vách
- 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 mang lại sự thuận tiện, cho phép lắp ghép và đổ tại chỗ các kết cấu bê tông cốt thép hiệu quả.
- Vách cứng tiếp thu các tải trọng ngang được dổ 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>40m
Phương án 3: hệ khung lõi
- Lõi cứng chịu tải trọng ngang của hệ, có thể bố trí trong hoặc ngoài biên
- Hệ sàn gối trực tiếp lên tường lõi hoặc qua các cột trung gian
- Phần trong lõi thường bố trí thang máy, cầu thang và các hệ thống kỹ thuật của nhà cao tầng
- Sử dụng hiệu quả với các công trình có độ cao trung bình hoặc lớn có mặt bằng đơn giản
Phương án 4: hệ lõi hộp
- Hệ chịu toàn bộ tải trọng đứng và tải trọng ngang
- Hộp trong nhà cũng giống như lõi cứng được hợp thành bởi các tường đặc hoặc có cửa
- Hệ lõi hợp chỉ phù hợp với các nhà rất cao ( có thể cao tới 100 tầng)
Qua các phân tích ở trên và các đặc tính của công trình :
Khung và vách là kết cấu chính trong công trình, được liên kết thông qua hệ thống sàn Trong đó, hệ sàn liền khối đóng vai trò quan trọng Hệ thống vách chủ yếu chịu tải trọng ngang, trong khi khung thiết kế để chịu tải trọng thẳng đứng Việc phân chia chức năng này giúp tối ưu hóa các cấu kiện, giảm kích thước cột và dầm, đồng thời đáp ứng yêu cầu kiến trúc.
- C hon phương án H ệ sàn sườn cho công trình
Cấu tạo bao gồm: hệ dầm và bản sàn
+ Được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi công phong phú nên thuận tiện cho thi công
Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn lớn khi vượt khẩu độ lớn sẽ làm tăng chiều cao tầng, dẫn đến chiều cao toàn công trình lớn Điều này gây bất lợi cho kết cấu công trình khi chịu tải trọng ngang và không tiết kiệm chi phí vật liệu.
+ Chiều cao sử dụng lớn nhưng không gian sử dụng bị thu hẹp.
2.2.2 Vật liệu sử dụng cho công trình a Yêu cầu về vật liệu sử dụng cho công trình
Vật liệu xây dựng được sử dụng là nguồn nguyên liệu địa phương, giúp giảm chi phí và đảm bảo khả năng chịu lực cũng như độ bền trong quá trình thi công.
- 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 lập lại ( động đất, gió bão)
- Vật liệu có tính liền khối cao: có tác dụng trong trường hợp tải trọng có tính chất lặp lại không bị tách rời các bộ phận công trình
Nhà cao tầng thường chịu tải trọng lớn, vì vậy việc sử dụng các vật liệu nhẹ giúp giảm đáng kể tải trọng tổng thể của công trình, bao gồm cả tải trọng đứng và tải trọng ngang do lực quán tính Bê tông, theo tiêu chuẩn TCXDVN 356 - 2005, là một trong những vật liệu quan trọng trong thiết kế và xây dựng nhà cao tầng.
- Bê tông dùng trong nhà cao tầng có cấp độ bền từ B25B60
Dựa vào đặc điểm của công trình và khả năng chế tạo vật liệu, bê tông cấp độ bền B25 được lựa chọn sử dụng với các thông số kỹ thuật phù hợp.
+ Cường độ tính toán chịu nén: Rb,5 MPA
+ Cường độ tính toán chịu kéo: Rbt=1,05 MPA
+ Modul đàn hồi: Eb0000 MPA c Cốt thép ( theo TCXDVN 356 - 2005)
- Sử dụng cốt thép nhóm AI( 10mm) với các thông số kỹ thuật:
+ Cường độ tính toán chịu nén, kéo: Rsc, Rs "5 MPA
+ Cường độ tính toán chịu kéo cho cốt đai: Rsw5 MPA
+ Modul đàn hồi: Es!0000 MPA
- Sử dụng cốt thép nhóm AII( 12mm) với các thông số kỹ thuật:
+ Cường độ tính toán chịu nén, kéo: Rsc, R s (0 MPA
+ Cường độ tính toán chịu kéo: Rsw"5 MPA
+ Modul đàn hồi: Es!0000 MPA
- Sử dụng cốt thép nhóm CII với các thông số kỹ thuật:
+ Cường độ tính toán chịu nén, kéo: Rsc, R s (0 MPA
+ Cường độ tính toán chịu kéo: Rsw"5 MPA
+ Modul đàn hồi: Es!0000 MPA d Vật liệu khác
- Gạch lát nền Ceramic: 20KN m/ 3
2.2.3 Kích thước các cấu kiện của công trình
KHỐI VĂN PHÒNG CHO THUÊ
Hình 2.1 – Mặt bằng kiến trúc điển hình. a Chọn kích thước sơ bộ cho sàn
Để lựa chọn chiều dày sàn phù hợp cho khối văn phòng cho thuê, cần dựa vào mặt bằng kiến trúc của công trình Việc này không chỉ đảm bảo tính thẩm mỹ mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thi công.
- Chiều dày sàn phải thỏa mãn điều kiện về độ bền, độ cứng và kinh tế
- Hệ sàn gồm các ô bản làm việc theo 2 phương, có 2 loại ô bản ( 6mx6,1m ) và ô bản (6mx6m) ta chọn ô bản điển hình 6mx6m
- Tham khảo tiêu chuẩn ACI318 – 08 để chọn sơ bộ chiều dày sàn hay ta có thể tham khảo công thức sau: s a n h D l
+ D = 0,8 1,4 phụ thuộc vào tải trọng
+ m = 30 35 với bản loại dầm và l là nhịp bản
+ m = 40 45 với bản kê 4 cạnh và l là cạnh ngắn
- Do trong mặt bằng sàn tầng điển hình, sàn chủ yếu làm việc theo 2 phương dạng bản kê 4 cạnh, vì vậy chọn các hệ số như sau:
+ D = 1( hoạt tải tiêu chuẩn nhỏ)
50 40 h san L (**) với L1 chiều dài cạnh ngắn
- Từ công thức (*) và (**) ta có:
- Vậy từ (1)& (2) ta chọn chiều dày sàn hs cm b Chọn kích thước sơ bộ cho dầm
* T ổng quát lý thuy ết :
- Với mặt bằng kiến trúc có chiều dài nhịp là 6m cùng mục đích sử dụng công trình như ở trên
- Đòng thời chiều cao, chiều rộng tiết diện dầm h d , b d chọn theo nhịp
- Dầm chính( dầm khung: khung dọc, khung ngang) h dc = 1 1
- Dầm phụ( dầm gác lên dầm chính) h dp = 1 1
* Ứng dụng tính toán : h dc = 1 1
Lưu ý: theo TCXD198 – 1997 ta có
Chiều rộng tối thiểu của tiết diện dầm phải từ 220 mm trở lên và không vượt quá chiều rộng cột cộng với 1,5 lần chiều cao tiết diện Chiều cao tối thiểu của tiết diện dầm là 300 mm, và tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng không được lớn hơn 3.
300 mm600 mm300 3 900 mm( thỏa ) c Chọn kích thước sơ bộ cho vách cứng
- Chiều dày thành vách được chọn theo TCXD 198-1997 [Mục 4.4.1, TCXD 198-1997] thì chiều dày thành vách chọn không nhỏ hơn 150 và không nhỏ hơn 1/20 chiều cao tầng, tức là:
Ht = 3500 mm là chiều cao tầng đang xét
Chọn chiều dày vách b = 200 mm d Chọn kích thước sơ bộ cho cột
* T ổng quát lý thuy ết :tiết diện cột chọn nhằm đảm bảo khả năng chịu và truyền tải trọng cho công trình nhà cao tầng.
- Diện tích tiết diện cột là Ac xác định theo công thức: c t b k N
+ R b : cường độ tính toán chịu nén của bê tông
+ kt : hệ số xét đến ảnh hưởng khác như moment uốn, hàm lượng cốt thép, độ mảnh của cột kt =1,31,5 ( cột biên, cột góc) k t =1,11,2 ( cột giữa)
+ N: lực dọc trong cột do tải trọng đứng( lực nén), được tính toán gần đúng như sau:
N = m s q F s, trong đó m s là số sàn phía trên tiết diện đang xét, và q là tải trọng tương đương (hay còn gọi là tải trọng đơn vị) trên mỗi mét vuông mặt sàn Tải trọng này bao gồm tải trọng thường xuyên và tạm thời trên bản sàn, cùng với trọng lượng của dầm, tường và cột Đối với đồ án này, giả thiết tải trọng phân bố trên sàn là từ 1 đến 2T/m².
F s : diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét
Hình 2.2 – Diện chịu tải trục A và trục B
Bảng 2.1 – Lực nén truyền xuống cột
Bảng 2.2 – Diện tích tiết diện cột cần thiết
Bảng 2.3 – Kích thước tiết diện cột cần thiết
Bảng 2.4 – Chọn tiết diện cột
Lưu ý: theo TCXD198 – 1997 ta có
Khi chọn tiết diện cột, cần đảm bảo tỉ số giữa chiều cao thông thủy của tầng và chiều cao tiết diện cột không vượt quá 25 Đồng thời, chiều rộng tối thiểu của tiết diện cột không được nhỏ hơn 220 mm.
Dựa trên sự lựa chọn tiết diện sơ bộ và yêu cầu từ giáo viên hướng dẫn, chúng tôi tiến hành thiết kế ba mặt bằng kết cấu, bao gồm mặt bằng tầng trệt, mặt bằng tầng điển hình và mặt bằng tầng mái.
Hình 2.3 – Mặt bằng kết cấu tầng trệt
Hình 2.4 – Mặt bằng kết cấu tầng điển hình
D200x600 Ô THANG BỘ 1 Ô THANG BỘ 2 hscm
Hình 2.5 – Mặt bằng kết cấu mái
D200x600 Ô THANG BỘ 1 Ô THANG BỘ 2 hscm
TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
MẶT BẰNG KẾT CẤU CÁC SÀN NHÀ
Hình 3.1 – Mặt bằng kết cấu tầng điển hình
Kích thước sàn Sàn Công năng Số lượng
S1 văn phòng 11 6 6 1 bản kê 4 cạnh
S2 hành lang 6 6 6 1 bản kê 4 cạnh
S3 hành lang 1 1,5 2,8 1,87 bản kê 4 cạnh
S4 vệ sinh 1 3,1 5,9 1,90 bản kê 4 cạnh
S5 hành lang 1 2,8 3,9 1,39 bản kê 4 cạnh
S6 vệ sinh 1 2 4 2 bản kê 4 cạnh
TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG
Tải trọng tác dụng lên sàn gồm 2 thành phần: tĩnh tải và hoạt tải
Tĩnh tải đươc xác định từ trọng lượng của bản sàn bê tông, các lớp hoàn thiện và tải tường phân bố trên sàn
Từ mặt cắt cấu tạo sàn như hình vẽ bên dưới, tĩnh tải phân bố đều được xác định như sau:
D200x600 Ô THANG BỘ 1 Ô THANG BỘ 2 hscm
Lớp Gạch ceramic Lớp Vữa lót
Lớp Bản sàn BTCT Lớp Vữa trát
Hình 3.2 – Cấu tạo bản sàn sinh hoạt
* Tải trọng các lớp cấu tạo:
Sàn văn phòng + sàn hành lang + sàn kỹ thuật
Bảng 3.2 – Sàn văn phòng + sàn hành lang + sàn kỹ thuật
2 lớp vữa lót gạch, chống thấm tạo dốc 50 18 1,3 0,90 1,17
Sàn mái sân thượng (bằng BTCT không sử dụng)
2 lớp vữa lót tạo dốc 30 18 1,3 0,54 0,70
Bảng 3.4 – Sàn mái sân thượng
* Tải trọng do kết cấu bao che:
- Đối với tường xây trên dầm: tĩnh tải tính thành lực phân bố đều trên chiều dài dầm
Khối xây Chiều dày(cm)
Tiêu chuẩn (kN/m2) hệ số n
Khối xây 200mm không cửa 20 16,5 3,30 1,10 3,63
Chiều cao tường H=Htầng - Hdầm (m)
Khối xây 200mm không cửa 3,63 2,9 1,00 10,53
- Đối với tường xây trên sàn: quy tải tường thành tải phân bố đều trên 1m 2 sàn
Tiêu chuẩn (kN/m2) hệ số n
Chiều cao tường H=Htầng - Hsàn(m)
S4 Khối xây 100mm không cửa 1,98 3,38 2,6 1 17,40
Kết quả: tải tường phân bố trên 1m 2 sàn
Kích thước Sàn Số lượng
Tải tương phân bố trên 1 m2 sàn (kN/m2)
S4 Khối xây 100mm không cửa 10 18 1,80 1,1 1,98
Theo điều 4.3 TCVN 2737 - 1995 : dựa vào công năng các loại ô sàn, ta tra hoạt tải tiêu chuẩn
Loại phòng Tải trọng TC
Tải tác dụng lên sàn (kN/m 2 )
Bảng 3.5 - Kết quả tải trọng tác dụng lên sàn.
CÁC SƠ ĐỒ TÍNH
Theo phương pháp tra bảng ta có các loại sơ đồ tính như sau:
3.3.1 Sơ đồ tính bản loại dầm
Hình 3.3 – Sơ đồ bản dầm
3.3.2 Sơ đồ tính bản kê bốn cạnh
Hình 3.4 – Sơ đồ bản kê 4 cạnh.
TÍNH NỘI LỰC CHO SÀN
- Trong thiết kế sàn người ta thường sử dụng các phương pháp sau:
+ Phương pháp phần tử hữu hạn (sử dụng các phần mềm tính toán)
Phương pháp tra bảng là một kỹ thuật hiệu quả để giải các phương trình vi phân đạo hàm riêng, đáp ứng các điều kiện biên cho các bản có tựa ngàm hoặc khớp ở các cạnh Phương pháp này nổi bật với sự đơn giản và dễ sử dụng, giúp người dùng dễ dàng áp dụng trong thực tiễn.
Phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán nội lực đang ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào việc tận dụng các phần mềm mạnh mẽ như Etabs, Sap và Safe Những phần mềm này cung cấp nhiều ưu điểm vượt trội, giúp các kỹ sư dễ dàng thực hiện các phân tích và thiết kế công trình một cách hiệu quả.
Trong đồ án tốt nghiệp này, việc kết hợp giữa thực hành và nghiên cứu phần mềm Safe đã dẫn đến việc phương pháp tra bảng được chọn làm kết quả cuối cùng Đồng thời, kết quả từ phương pháp phần tử hữu hạn cũng được sử dụng để so sánh và đánh giá với phương pháp tính tay.
3.4.1 Sử dụng phương pháp tra bảng
+Ô bản kê 4 cạnh gồm: ô sàn S1, S2, S3, S4, S5, S6
- Tiến hành tính toán cho 2 ô sàn điển hình S1( bản kê 4 cạnh) và S8( bản dầm)
* T ổng qu át lý thuy ết :
- Trong trường hợp tổng quát công thức tính moment các loại ô bản có dạng như sau: + Moment dương lớn nhất ở giữa bản:
M 2 = m i2 P (daNm) + Moment âm lớn nhất ở gối:
i : kí hiệu ô bản đang xét (i=1,2,…11)
1, 2 : chỉ phương đang xét là L1 hay L 2
L1, L2 : nhịp tính toán ô bản là khoảng cách giữa các trục gối tựa
P : tổng tải trọng tác dụng lên ô bản
P = qxL 1 xL 2 ( q: tải trọng tính toán (daN/m 2 )) m i1 , m i2 , k i1 , k i2 : các hệ số phụ thuộc vào tỷ số L2/L 1 ( Tra “Sổ tay thực hành kết cấu công trình
bản là loại bản kê 4 cạnh và liên kết được xem là liên kết ngàm
Ô sàn làm việc theo sơ đồ 9
-Từ b ảng 3.5 (kết quả tải trọng tác dụng lên sàn) như sau:
+ Tra bảng ta có: m 91 m 92 0,0179 và k 91 k 92 0,0417
Các ô sàn còn lại tiến hành tương tự
* T ổng quát lý thuy ết :
+ Trong đó qb = q x 1m : tải trọng phân bố trên 1m chiều dài
bản là bản loại dầm, làm việc theo 1 phương ( phương cạnh ngắn) và liên kết ngàm, gối
3.4.1.3 B ảng tổng hợp nội lực s àn theo phương pháp tra bảng
L1 L2 L2/L1 q(kN/m 2 ) Hệ số Mômen m 91 0,0179 M1 4,86 m 92 0,0179 M2 4,86 k 91 0,0417 MI 11,32
Bảng 3.6 – Nội lực tác dụng lên sàn theo phương pháp tra bảng
3.4.2 Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn
- Sử dụng phần mềm SAFE v12 để tính nội lực cho sàn
- Ở đây, tiến hành xuất kết quả chạy được trong phần mềm Etabs của tầng điển hình sang phần mềm Safe Trình tự thực hiện như sau:
Việc gán tải cho các ô bản có kích thước khác nhau gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên, tải trọng do hoạt tải thường nhỏ hơn so với tĩnh tải như tường và bản sàn Do đó, việc gán hoạt tải phân bố đều cùng với tĩnh tải là hoàn toàn chấp nhận được.
3.4.2.3 Chia d ải Để thuận tiện cho việc tính toán cốt thép về sau, ta chia sàn thành các dải strips Trong 1 dải strips thì nội lực được lấy phân tích Do đó, nếu chia 1 dải strip quá rộng thì việc tính toán cốt thép sau này sẽ không chính xác và nguy hiểm ( do nội lực phân bố không đều, còn cốt thép sau khi tính toán lại phân bố đều); còn nếu chia dải có bề rộng quá nhỏ thì việc tính toán sẽ rất phức tạp và tốn thời gian Vì vậy tiến hành chi dải bề rộng 1m theo 2 phương x và y (tính toán M11, M22)
Hình 3.7 – Các dải strips theo phương x(tính M11), phương y(tính M22)
Nội lực sàn lấy theo tổ hợp bao
Hình 3.8 – Biểu đồ mômen max các dải theo phương x(M11)
Hình 3.9 – Biểu đồ mômen min các dải theo phương x(M11)
Hình 3.10 – Biểu đồ mômen max các dải theo phương y(M22)
Hình 3.11 – Biểu đồ mômen min các dải theo phương y(M22)
3.4.2.4 B ảng tổng hợp nội lực sàn theo phương pháp phần tử hữu hạn
Phần kết quả chạy được khi sử dụng phần mềm được trình bày ở bảng 3.7 (Nội lực tác dụng lên sàn theo phương pháp phần tử hữu hạn)
Mặt bằng ô sàn lấy tương tự như phương pháp tra bảng ( từ ô sàn S1 S8)
Bảng 3.7 – Nội lực tác dụng lên sàn theo phương pháp phần tử hữu hạn
3.4.2.4 Ki ểm tra độ v õng Độ võng lớn nhất của kết quả tính SAFE là f= 6,48mm
Theo kinh nghiệm thực tế độ võng sàn cho phép trong phần mềm safe:
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, phương pháp phần tử hữu hạn được nghiên cứu sau khi hoàn thành phương pháp tra bảng Do đó, kết quả cuối cùng chủ yếu dựa trên phương pháp tra bảng.
- Tuy nhiên, qua 2 bảng nội lực 3.6(nội lực của phương pháp tra bảng) và 3.7(nội lực phương pháp phần tử hữu hạn) rút ra được kết luận như sau:
Ký hiệu sàn Tiết diện Mx
+ Nội lực sàn khi tính bằng 2 phương pháp có nhiều sai lệch
+ Cho thấy kết quả việc tính theo phương pháp tra bảng không chính xác + Thực tế nên áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán
+ Phương pháp tra bảng chỉ áp dụng cho 1 ô bản đơn, có liên kết lý tưởng trong khi hệ dầm sàn làm việc chung với nhau
Để áp dụng phương pháp tra bảng, cần phân biệt giữa liên kết ngàm và khớp để tìm bảng cụ thể Trong phần mềm Safe, liên kết giữa dầm và sàn được coi là nút cứng.
TÍNH CỐT THÉP CHO SÀN
R b = 14,5 Mpa R = 0,439(bảng E.2 - phụ lục E TCXDVN 356 -2005)
- Giả thuyết a mm, b = 1000mm, hs0mm ho= h - a 0 – 20 0mm
3.5.1 Tính toán 2 ô sàn điển hình S1 và S8
Dựa trên nội lực đã được tính toán ở phần 3.4, sinh viên tiến hành phân tích và tính toán cho từng loại ô bản kê bốn cạnh, cụ thể là ô bản S1.
- Tại vị trí nhịp L1: M = 4,86 KNm
- Tại vị trí nhịp L2: M = 4,86 KNm kết quả tương tự nhịp L1
- Tại vị trí gối L1: M = 11,32 KNm
- Tại vị trí gối L2: M = 11,32 KNm kết quả tương tự gối L2 b Đối với ô bản S8( bản dầm):
- Tại vị trí nhịp L1: M = 0,61KNm
- Tại vị trí gối L1: M = 1.09KNm
3.5.2 Bảng tổng hợp bố trí thép sàn Ô sàn Mômen
(KNm) ho (mm) m R As,tinh
Bảng 3.8 – Bố trí thép cho sàn.
KIỂM TRA ĐỘ VÕNG CỦA SÀN
3.6.1 Độ võng của sàn bản kê bốn cạnh
* T ổng quát lý thuyết : Độ võng sàn xác định theo công thức:
(Theo CT sách KẾT CẤU BTCT thầy Võ Bá Tầm - Các cấu kiện đặc biệt)
Trong đó: l: cạnh ngắn của sàn
D q (kN/m 2 ) : Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên ô bản
Eb : Môđun đàn hồi của bêtông; E b 28500MPa28, 5 10 ( 6 kN m/ 2 )
: Bề dầy sàn 12cm và 0, 2cm : hệ số poison
: hệ số phụ thuộc vào tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của sàn
(tra phụ lục 22 trang 357 sách “bê tông tập 3” Võ Bá Tầm)
Ch ọn sàn S2 điển h ình để kiểm t ra
Tải tác dụng lên sàn (kN/m 2 )
3.6.2 Độ võng của sàn bản dầm
Ch ọn s àn S7 điển h ình để kiểm tr a
(Theo CT bảng tra sổ tay kết cấu công trình – PGS PTS Vũ Mạnh Hùng) fmax 1 4
Trong đó: q tc = (g tc + q tc )x1 (daN/m) : tải trọng tiêu chuẩn trên m của ô sàn l : nhịp sàn
E = 28500MPa28,5 10 ( 6 kN m/ 2 ).: modun đàn hồi của bê tông
Với b = 1 m : bề rộng tính toán của sàn h = 0,12 cm : chiều cao tính toán của sàn
THIẾT KẾ CẦU THANG
THÔNG SỐ ĐỂ THIẾT KẾ CẦU THANG
Cầu thang có kích thước như hình vẽ bên dưới
Hình 4.1 – Mặt bằng cầu thang
Hình 4.2 – Mặt cắt cầu thang
Kích thước cầu thang được xác định với a1 = 1,8 m, a2 = 1,6 m, d = 0,4 m, hbậc = 0,16 m, lbậc = 0,3 m, với tổng số bậc N1 = 11 và N2 = 11 Cao độ của bậc đầu tiên caodo1 là 0.000 m, caodo2 = caodo1 + N1 * hbậc = 1,76 m, và caodo3 = caodo2 + N2 * hbậc = 3,52 m Chiều dài vế thang trên mặt bằng được tính là l = N1 * lbậc = 3,3 m Chiều dài vế thang theo phương nghiêng cũng cần được xác định.
L = l 2 (caodo2caodo1) 2 3,74 m Chiều dày bản thang nghiêng
L 0 =l+a 2 : nhịp tính toán của bản thang
Chiều dày bản chiếu nghỉ h bcn = h bn = 0,12 m
Tiết diện dầm chiếu nghỉ
Phần a được xem như tựa lên vế 1 và vế 2.
TẢI TRỌNG TÁC DỤNG
4.2.1.1 Tải trọng tác dụng lên phần bản chiếu nghỉ
STT Lớp cấu tạo Chiều dày
Bảng 4.1- Trọng lượng các lớp cấu tạo bản chiếu nghỉ
4.2.1.2 Tải trọng tác dụng lên phần bản thang nghiêng
Trọng lượng của lan can g lc 0daN/m, quy tải lan can trên đơn vị m 2 bản thang
STT Lớp cấu tạo Chiều dày
Bảng 4.2 - Trọng lượng các lớp cấu tạo bản thang nghiêng
Hoạt tải tính toán phân bố đều trên bản thang nghiêng và bản chiếu nghỉ (chiếu tới) lấy theo TCVN 2737 – 1995: tt tc p p n
Ptc = 300 daN/m 2 - tải trọng tiêu chuẩn lấy theo Bảng 3/ TCVN 2737-1995; n - hệ số vượt tải, theo mục 4.3.3/ TCVN 2737-1995; n = 1,3 khi pc < 200 daN/m 2 n = 1,2 khi p c ≥ 200 daN/m 2
Hoạt tải phân bố đều trên chiều dài bản thang 2 3, 6 3, 3 3,17
Tổng tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ: q1 = 4,51 + 3,6 =8,11(kN/m 2 )
Tổng tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ theo 1,8m bề rộng: q1 = 8,11x1,8m ,59(kN/m) Tổng tải trọng tác dụng lên bản thang: q2 = 5,32 + 0,25 + 3,17 =8,74(kN/m 2 )
Tổng tải trọng tác dụng lên bản thang theo 1,8m bề rộng: q2 = 8,74x1,8m,73(kN/m)
TÍNH TOÁN BẢN THANG VÀ CHIẾU NGHỈ
Hình 4.3 – Sơ đồ tải trọng tính toán
(a)Từ sàn đến bản chiếu nghỉ (b) Từ bản chiếu nghỉ tới sàn
4.3.2 Xác định nội lực a Phương pháp giải tích
Xét tại 1 tiết diện bất kỳ, cách gối tựa A một đoạn là x , tình mômen tại tiết diện đó:
(1) Mômen lớn nhất ở giữa nhịp được xác định bằng điều kiện: “đạo hàm của mô men là lực cắt và lực cắt tại đó bằng không”
Lấy đạo hàm của M x theo x và cho đạo hàm đó bằng 0, tìm được x:
Thay x vừa tìm được vào (1) ta tính được Mmax:
Mômen tại vị trí tiếp giáp giữa vế thang và phần chiếu nghỉ
M R l q L l kNm b Phương pháp phần tử hữu hạn
- Sơ đồ tính như ở trên ta có kết quả như sau
Hình 4.4 – Biểu đồ mômen vế thang 1
Hình 4.5 – Biểu đồ lực cắt vế thang 1
Hình 4.6 – Biểu đồ mômen vế thang 2
Hình 4.7 – Biểu đồ lực cắt vế thang 2
Phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn cho kết quả tương đối gần nhau Do đó, chúng ta quyết định sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán nội lực.
4.3.3 Tính cốt thép và bố trí cốt thép
Do 2 vế của bản thang giống nhau nên chỉ tính toán cho 1 vế, vế còn lại bố trí thép tương tự Bản thang được tính như cấu kiện chịu uốn
- Giả thuyết a mm, b = 1000mm, h s 0mm h o = h - a 0 – 20 0mm
*K ết quả tính toán theo bảng sau:
(KNm) ho (mm) b (mm) m hệ số cốt thép v
THIẾT KẾ DẦM CHIẾU NGHỈ
Hình 4.8 – Sơ đồ tính của dầm chiếu nghỉ
4.4.2 Tải trọng tác dụng lên DCN
Trọng lượng bản thân dầm g d b DCN (h DCN h bcn )n 1 BTCT 20(30120)10 4 1,1250,99(KN/m) Trọng lượng tường xây trên dầm
Chiều cao tầng nhà: h tan g cado 3 caodo 2 3,52( ) m
Chiều cao tường: h t uong h tan g h dcn 3, 22( )m
Dung trọng khối xây tường: tuong 18(kN/m 3 );n1,1 g tuong n tuong b tuong h tuong 1,1 18 0,1 3, 22 6, 37(kN m/ )
Tải trọng do vế thang truyền vào
4.4.3 Tính Mmax để tính cốt thép DCN
Mômen lớn nhất xuất hiện tại giữa dầm chiếu nghỉ
K ết quả nội lực vế thang giải bằng etaps
Hình 4.10 – Biểu đồ lực cắt
*Lý thuy ết tính toán:
Chọn a = 40mm ho-dcn = hdcn-adcn & cm
* Ứng dụng tính toán: m dcn dcn m ax 2 0, 29 b b dcn o dcn
dcn 1 1 2 m dcn 0, 35 b b dcn o dcn s dcn s
Chọn dcn= 20mm(A dcn 14mm 2 ), số thanh s dcn 2, 75 â dcn n A c y
Chọn cốt thép làm cốt đai dsw=6, số nhánh n = 2, Rsw5MPa, khoảng cách cốt đai s
Khả năng chịu cắt của cốt đai và bê tông
Trong đó: b 2 2 đối với bê tông nặng
hệ số điều kiện làm việc
Rbt = 0,975 MPa cường độ chịu kéo của bê tông b = 20cm bề rộng của dầm h0 = 26cm chiều cao làm việc của tiết diện
Cốt đai bố trí đủ chịu lực cắt.
THIẾT KẾ DẦM SÀN(DẦM CHIẾU ĐI VÀ DẦM CHIẾU TỚI)
4.5.1 Sơ đồ tính của dầm sàn
Hình 4.11 – Sơ đồ tính của dầm sàn
4.5.2 Tải trọng tác dụng lên dầm sàn
Tiết diện dầm sàn 200x300 mm
Trọng lượng bản thân dầm
( ) 1,1 25 0, 2(0,3 0,12) 0, 99 / d btct ds ds bs g n b h h kN m
Trọng lượng sàn truyền lên dầm
Lớp cấu tạo Chiều dày
Gạch ceramic 10 20 1,1 0,20 0,22 lớp vữa lót gạch 40 18 1,3 0,72 0,94
Bản sàn BTCT 120 25 1,1 3,00 3,30 lớp vữa trát trần 15 18 1,3 0,27 0,35 tải trọng thiết bị 1,1 0,30 0,33
Theo điều 4.3 TCVN 2737 - 1995 : dựa vào công năng các loại ô sàn, ta tra hoạt tải tiêu chuẩn
Loại phòng Tải trọng TC (daN/m 2 ) Hệ số vượt tải
Kích thước ô sàn: L1=1m, L 2 = 4m (bản loại dầm)
Hình 4.12 – Sơ đồ tính của sàn
Hình 4.13 – Phản lực tại liên kết g san R3, 27(kN m/ )
Tải trọng do vế thang truyền vào
4.5.3 Tính Mmax để tính cốt thép DS
Mô lớn nhất xuất hiện vị trí giữa nhịp
Chọn a = 40mm ho-ds = hds-ads & cm
* Ứ ng d ụng : m ds ds m ax 2 0, 26 b b ds o ds
ds 1 1 2 m ds 0,31 s ds b b ds o ds s
Chọn dcn= 20mm(A dcn 14mm 2 ), số thanh s ds 2, 41 â ds n A c y
Chọn cốt thép làm cốt đai dsw=6, số nhánh n = 2, Rsw5MPa, khoảng cách cốt đai s
Khả năng chịu cắt của cốt đai và bê tông
Trong đó: b 2 2 đối với bê tông nặng
hệ số điều kiện làm việc
R bt = 0,975 MPa cường độ chịu kéo của bê tông b = 20cm bề rộng của dầm h0 = 26cm chiều cao làm việc của tiết diện
Q wb = 2x 2 1 0,975 200 260 2 65,97 = 83,41 kN > Q max = 55,78 kN Kiểm tra điều kiện
Cốt đai bố trí đủ chịu lực cắt.
THIẾT KẾ KHUNG KHÔNG GIAN
MỞ ĐẦU
- Chương này sẽ trình bày cách tính toán thiết kế cột và dầm trong khung trục 4
Để tính toán khung, phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng, trong đó mô hình không gian công trình được xây dựng bằng phần mềm Etabs để phân tích nội lực Từ kết quả phân tích nội lực, chúng ta có thể tiến hành tính toán các thông số cần thiết cho công trình.
+ Bước 1: Chọn sơ bộ kích thước sàn, dầm, cột
Tuy nhiên vì việc làm này đã được trình bày khá rõ trong chương 2vì thế ở đây chỉ nêu khái quát lại
+ Bước 2: Tinh toán tải trọng tải trọng bao gồm TT, HT, TTG(GT+GĐ)
Tính toán TT, HT đã nêu ở chương 3 nên ở đây chỉ nêu khái quát
Tính toán gió là một phần mới nên sẽ trình bày cụ thể hơn so với phần trên
+ Bước 3: Mô hình không gian với phần mềm Etabs gồm
Gán tải trọng(TT, HT, TTG)
Tổ hợp nội lực trực tiếp trong phần mềm etabs với 17 tổ hợp chính(nêu cụ thể trong phần sau) và 1 tổ hợp bao của 17 tổ hợp đó
+ Bước 4: Xuất nội lực cần thiết cho cột và dầm của công trình
+ Bước 5: Tính toán cho công trình
Tính toán cho cột: tiến hành lấy nội lực 5 trường hợp (P max , V2 max, V3 max,
M 2 max , M 3 max ) cuả 17 tổ hợp cơ bản trên đối với các cột có tiết diện giống nhau ta gộp lại theo tầng và tính toán cụ thể
Tính toán cho dầm: tiến hành lấy nội lực trường hợp của tổ hợp bao để tính toán cho tất cả các dầm
Kết quả tổng hợp của việc tính toán thép cột và dầm của khung nêu trong bảng phụ lục.
KÍCH THƯỚC SƠ BỘ
D200x600 Ô THANG BỘ 1 Ô THANG BỘ 2 hscm
Hình 5.1 – Mặt bằng kết cấu(dầm, sàn) tầng điển hình
Kết cấu sàn được thiết kế trong chương 2, tính toán sàn phẳng Bê Tông Cốt Thép, bề dày sàn h s = 120 mm
Tương tự chương 2 ta có kết quả như sau
Tổng quát hơn chương 2 ta có:
- Diện tích tiết diện cột là Ac xác định theo công thức: c t b k N
+ Rb: cường độ tính toán chịu nén của bê tông
+ kt : hệ số xét đến ảnh hưởng khác như moment uốn, hàm lượng cốt thép, độ mảnh của cột k t =1,31,5 ( cột biên, cột góc) kt =1,11,2 ( cột giữa)
+ N: lực dọc trong cột do tải trọng đứng( lực nén), được tính toán gần đúng như sau:
N = m s q F s, trong đó m s là số sàn phía trên tiết diện đang xét, và q là tải trọng tương đương (hay tải trọng đơn vị) trên mỗi mét vuông mặt sàn Tải trọng này bao gồm cả tải trọng thường xuyên và tạm thời trên bản sàn, cũng như trọng lượng của các yếu tố khác.
Kết quả sơ bộ chọn tiết diện cột như sau
TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN
- Trọng lượng của bản than kết cấu được khai báo trong mô hình để phần mềm tự tính
- Trọng lượng các lớp cấu tạo
Sàn văn phòng + sàn hành lang + sàn kỹ thuật
Bảng 5.1 – Sàn văn phòng + sàn hành lang + sàn kỹ thuật
2 lớp vữa lót gạch, chống thấm tạo dốc 50 18 1,3 0,90 1,17
Sàn mái sân thượng (bằng BTCT không sử dụng)
2 lớp vữa lót tạo dốc 30 18 1,3 0,54 0,70
Bảng 5.3 – Sàn mái sân thượng
Lớp Gạch ceramicLớp Vữa lótLớp Bản sàn BTCTLớp Vữa trát
Khối xây Chiều dày(cm)
Tiêu chuẩn (kN/m2) hệ số n
Khối xây 200mm không cửa 20 16,5 3,30 1,10 3,63
Chiều cao tường H=Htầng - Hdầm (m)
Khối xây 200mm không cửa 3,63 2,9 1,00 10,53
- Tải trọng do tường xây được quy về phân bố đều theo chiều dài tường và được gán vào các dầm ảo trên sàn.
Theo điều 4.3 TCVN 2737 - 1995 : dựa vào công năng các loại ô sàn, ta tra hoạt tải tiêu chuẩn
Loại phòng Tải trọng TC
Bảng 5.5 – Giá trị hoạt tải
- Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió Wj tại điểm j ứng với độ cao zj so với mốc chuẩn xác định theo công thức:
Wj – có thứ nguyên là lực trên diện tích, tùy theo đơn vị tính toán của Wo
Wo – giá trị của áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo phân vùng áp lực gió trong TCVN 2737 : 1995
Trong vùng ảnh hưởng của bão được đánh giá là yếu, giá trị áp lực gió giảm lần lượt là 10 daN/m² cho vùng IA, 12 daN/m² cho vùng IIA và 15 daN/m² cho vùng IIIA.
B ả ng – Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn Wo
Vùng áp lực gió trên bản đồ I I III IV V
Áp lực gió tiêu chuẩn Wo được áp dụng trong thiết kế nhà và công trình xây dựng ở các khu vực như vùng núi, đồi, đồng bằng và thung lũng, theo giá trị được quy định trong Bảng cho vùng I.
Bảng phân vùng áp lực gió theo TCVN 2737: 1995 xác định hệ số k(zj), không thứ nguyên, phản ánh sự thay đổi của áp lực gió Hệ số k(zj) phụ thuộc vào độ cao zj, mốc chuẩn để tính độ cao và dạng địa hình trong quá trình tính toán.
* Xác đị nh k(zj) (theo Phụ lục A, mục A.2.1 – TCXD 229 : 1999)
Hệ số k được xác định dựa trên sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, mô tả biến thiên vận tốc gió theo độ cao bằng hàm số mũ.
Độ cao gradient (g z t) là mức độ cao của địa hình dạng t, nơi vận tốc gió không còn bị ảnh hưởng bởi mặt đất Vận tốc gió tại độ cao z và độ cao gradient được ký hiệu là v t và v t g Số mũ tương ứng của địa hình dạng t được biểu thị bằng m t.
(các giá trị z t g , v t z , v t g ứng với t = A, B, C theo TCVN 2737:1995 cho trong bảng A.1)
Vùng Ảnh hưởng bão Áp lực gió Wo (daN/m2)
IA Ít hoặc không có
65 (vùng núi, đồi, đồng bằng, thung lũng)
B ả ng A.1 – Độ cao Gradient và hệ số mt
Dựa vào công thức (A.22) và các giá trị thực nghiệm trong bảng A.1, có thể xác định được công thức tính hệ số độ cao cho địa hình dạng t.
Theo công thức (A.23), bảng giá trị hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao được quy định trong TCVN 2737: 1995 Hệ số khí động c được lấy từ bảng 6 trong TCVN 2737: 1995 và không có thứ nguyên.
Kiên Giang – Tp Rạch Giá IA
* Xác định số dao động đầu tiên để tính toán thành phần động của tải trọng gió
- Tùy mức độ nhạy cảm của công trình đối với tác dụng động lực của tải trọng gió mà
0.070 0.090 0.140 thành phần động của tải trọng gió chỉ cần kể tác động do thành phần xung của vận tốc gió hoặc cả với lực quán tính của công trình
Mức độ nhạy cảm của công trình được xác định dựa trên mối tương quan giữa giá trị tần số dao động riêng cơ bản, đặc biệt là tần số dao động riêng thứ nhất, và tần số giới hạn f L được cung cấp trong bảng theo TCVN 2737: 1995.
B ả ng – Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng f L f L (Hz) Vùng áp lực gió δ = 0.3 δ = 0.15
Chú thích: δ – Là độ giảm loga dao động của kết cấu, phụ thuộc vào dạng kết cấu và vật liệu chịu lực chính của công trình Theo TCVN 2737 : 1995
- Khi δ = 0,3 → Sử dụng cho các công trình bê tông cốt thép và gạch đá kể cả các công trình bằng khung thép có kết cấu bao che
- Khi δ = 0,15 → Sử dụng cho các công trình tháp, trụ thép, ống khói, các thiết bị dạng cột có bệ bằng bê tông cốt thép
Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng: (Vùng áp lực gió: I) f L (Hz) = 1,1
Khi tần số dao động cơ bản f1 (Hz) của công trình nhỏ hơn giá trị giới hạn fL của tần số dao động riêng, cần xem xét tác động của cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình đối với thành phần động của tải trọng gió.
- Tính toán thành phần động của tải trọng gió với s dạng dao động đầu tiên: fs < f L < fs+1
Kết quả tần số dao động của các Mode
Tính toán thành phần động của tải trọng gió với s = 3 dạng dao động đầu tiên
Kiên Giang – Tp Rạch Giá IA
Tổng chiều cao của tòa nhà: H (m) 43
Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng: f L (Hz) 1,1
Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j ứng với dạng dao động thứ i được xác định theo công thức:
Wp(ji) – lực, đơn vị tính toán thường lấy là daN hoặc kN tùy theo đơn vị tính toán của
WFj trong công thức tính hệ số ψi ;
Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j (M j) được xác định từ kết quả của quá trình chạy mô hình không gian trong phần mềm ETABS, xuất ra dưới dạng bảng Hệ số động lực ξi tương ứng với dạng dao động thứ i, không có đơn vị, phụ thuộc vào thông số εi và độ giảm lôga của dao động, được tra cứu trong bảng dưới đây.
Trong đó: γ – hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, lấy bằng 1,2 ;
Wo – giá trị của áp lực gió (N/m 2 ) ; fi – tần số dao động riêng thứ i (Hz)
Hình 5.1- Đồ thị xác định hệ số động lực ξ
1) Đường cong 1 – Sử dụng cho các công trình bê tông cốt thép và gạch đá kể cả các công trình bằng khung thép có kết cấu bao che (δ = 0.3)
2) Đường cong 2 – Sử dụng cho các công trình tháp, trụ thép, ống khói, các thiết bị dạng cột có bệ bằng bê tông cốt thép (δ = 0.15) ψi – 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:
Trong nghiên cứu này, yji đại diện cho sự dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j tương ứng với dạng dao động riêng thứ i, không có thứ nguyên Kết quả này được thu thập từ quá trình chạy mô hình.
Etabs xu ất ra th ành b ảng
WFj là giá trị tiêu chuẩn của thành phần động lực do tải trọng gió tác động lên phần thứ j của công trình, phản ánh các dạng dao động khác nhau Giá trị này chỉ xem xét ảnh hưởng của xung vận tốc gió và có đơn vị đo là lực, được xác định theo công thức cụ thể.
Wj – là giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió, tác dụng lên phần thứ j của công trình
j – là hệ số áp lực động của tải trọng gió, ở độ cao ứng với phần thứ j của công trình, không thứ nguyên ti ến h ành tra b ảng 3 TCXD 229-1999
Diện tích đón gió của phần j của công trình được ký hiệu là Sj (m²) Khi thực hiện tính toán cho dạng dao động thứ nhất, tốc độ ν được lấy bằng ν1 Đối với các dạng dao động khác, tốc độ ν sẽ được lấy bằng 1.
Hình 5.3 – Hệ tọa độ khi xác định hệ số tương quan không gian ν
Bảng – Hệ số tương quan không gian ν1 khi xét tương quan xung vận tốc gió theo chiều cao và bề rộng đón gió, phụ thuộc vào ρ và χ
Bảng – Các tham số ρ và χ
Mặt phẳng tọa độ cơ bản song song với bề mặt tính toán ρ χ zox zoy xoy
Đối với công trình có bề mặt đón gió không phải hình chữ nhật, chiều cao công trình được lấy làm H, trong khi D và L được xác định từ kích thước tại trọng tâm hình chiếu của bề mặt đón gió lên các mặt phẳng thẳng đứng, vuông góc với phương luồng gió.
* Ứng dụng tính toán v ào công trình:
Kết quả tính toán tải trọng gió được thể hiện tổng hợp trong bảng như sau:
Bảng - Tải trọng gió dao động theo phương X
Chú ý: Cột W (KN) ở cuối bảng chính là giá trị tải trọng gió dao động theo phương X cần nhập vào mô hình
Diện tích td (m2) hệ số k Wj(KN/m2) W Fj y*W Fj y^2*Mj Wp(j) (KN) Wt (KN) W (KN)
Bảng - Tải trọng gió dao động theo Y
Chú ý: Cột W (KN) ở cuối bảng chính là giá trị tải trọng gió dao động theo phương Y cần nhập vào mô hình
Diện tích td (m2) Hệ số k Wj(KN/m2) W Fj y*W Fj y^2*Mj Wp(j) (KN) Wt (KN) W (KN)
Theo TCVN 2737-1995, tải trọng được phân loại như sau:
MÔ HÌNH ETABS
- Sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó
- Các cột, vách được ngàm ở vị trí chân cột và vách cứng mặt ngàm được xác định tại mặt móng công trình
- Các nút giao nhau giữa cột và sàn là liên kết cứng
- Sơ đồ tính là trục của dầm và cột
Hình 5.4 – Mô hình 3D công trình trong etabs
Hình 5.5 – Mặt cắt khung trục C
5.4.2 Đánh giá kết quả mô hình trên Etabs
Chúng tôi đã chọn khung trục C để thực hiện kiểm tra, vì đây sẽ là khung trục được thiết kế cốt thép trong tương lai Việc kiểm tra các biểu đồ nội lực trong trường hợp tĩnh tải là cần thiết, do tải trọng này tác động theo phương thẳng đứng, giúp quá trình kiểm tra trở nên dễ dàng hơn.
Hình 5.6 – Độ võng khung sau khi chạy Etabs
Hình 5-7: Biểu đồ lực dọc do tĩnh tãi
Biểu đồ lực dọc có hình thang, thể hiện sự tăng dần từ trên xuống dưới, tương ứng với tải trọng tác dụng Giá trị lực dọc tại chân cột 4A đạt -3222,8 kN, trong khi giá trị tính sơ bộ cho tiết diện cột được xác định.
3276 kN gần bằng với giá trị nội lực tính toán của phần mềm
Hình 5-8: Biểu đồ mômen do tĩnh tãi
- Biểu đồ moment cho kết quả moment âm lớn nhất tại vị trí tiếp giáp với vách cứng
Kiểm tra nội lực trong khung trục 2 cho thấy mô hình công trình trong Etabs khá chính xác, cho phép thiết kế kết cấu hiệu quả cho công trình.
5.4.3 Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình
- Công trình có dạng kết cấu khung vách, theo TCVN 198-1997 chuyển vị ngang tương đối lớn cho phép của công trình là 1
với f là chuyển vị ngang tại đỉnh nhà, H là chiều cao từ đỉnh kết cấu so với mặt ngàm
- Chuyển vị tại đỉnh công trình lấy từ chuyển vị các điểm trên tầng mái trong COMB14 là:
- Chiều cao từ đỉnh kết cấu đến mặt ngàm: HB,6m
- Vậy chuyển vị ngang tương đối của công trình thỏa mãn điều kiện cho phép
- Quá trình thiết kế thép cho cột dựa vào 17 tổ hợp (COMB1 COMB17) ở trên
Việc sử dụng nội lực từ 17 tổ hợp kết hợp với việc thay đổi tiết diện của 3 cột trong 5 tầng dẫn đến tổng số tổ hợp lên tới 51 (17x3) Do đó, mỗi sinh viên sẽ lựa chọn 5 tổ hợp để thực hiện tính toán.
+ P max , V 2 tu , V 3 tu , M 2 tu , M 3 tu
+ V 2 max , P tu , V 3 tu , M 2 tu , M 3 tu
+ V3 max , P tu , V3 tu, M2 tu, M3 tu + M 2 max , P tu , V 2 tu , V 3 tu , M 3 tu
- Quá trình thiết kế thép cho dầm được dựa vào biểu đồ bao mômen của tổ hợp bao(THBAO).
ỨNG DỤNG
5.5.1.1 Lý thuy ết tính toán
Các đặc trưng vật liệu tính toán:
a Tính toán cốt thép chịu lực
- Dựa vào bản vẽ kiến trúc và kết cấu thì tiết diện cột tính toán là hình vuông
- Tính thép l ệch tâm xi ên theo giáo trình “Tính toán ti ết diện cột b êtông c ốt thép c ủa GS Nguy ễn Đ ình C ống” v à TCXDVN 356:2005 x y c x c y M x
- Phương pháp gần đúng dựa trên việc biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương để tính cốt thép
Xét tiết diện có cạnh Cx, Cy Điều kiện áp dụng phương pháp gần đúng là:0,5 x 2 y
Cốt thép được bố trí theo chu vi, với mật độ phân bố đều, tuy nhiên, mật độ cốt thép trên cạnh b có thể lớn hơn, như đã được giải thích trong bảng mô hình tính.
Tiết diện chịu lực nén N, moment uốn Mx và My, cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên eax và eay, cần được xem xét để tính toán hệ số uốn εx và εy Sau khi phân tích độ uốn theo hai phương, ta có thể xác định moment đã gia tăng M x1 và M y1.
Tùy thuộc vào mối quan hệ giữa giá trị M x1, M y1 và kích thước các cạnh, chúng ta sẽ áp dụng một trong hai mô hình tính toán theo phương x hoặc phương y Các điều kiện và ký hiệu được trình bày rõ ràng trong bảng dưới đây.
R – hệ số giới hạn vùng nén (phần 6.2.2.3_TCXD 356-2005)
- đặc trưng vùng chịu nén của bêtông
Đối với bê tông nặng: α = 0,85 Đối với bêtông B25 và cốt thép CIII: R =0,595 Độ lệch tâm ngẫu nhiên e a (theo 2 phương) max( , )
Xét uốn dọc theo hai phương: x , y
là hệ số uốn dọc theo hai phương
l 0 =l l - chiều dài thật của cấu kiện, khoảng cách giữa 2 liên kết
- hệ số phụ thuộc liên kết của cấu kiện l 0 - chiều dài tính toán của cấu kiện
Với nhà nhiều tầng thì liên kết giữa dầm và cột là liên kết cứng, sàn có kết cấu đổ toàn khối thì
Khung có 3 nhịp trở lên: 0, 7
Mô hình Theo phương x Theo phương y Điều kiện x 1 y 1 x y
với: H là chiều cao tầng
+ Ảnh hưởng của uốn dọc
lấy x 1 bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc
xét đến ảnh hưởng của uốn dọc y
(Công thức thực nghiệm của GS Nguyễn Đình Cống)
Với Eb - môđun đàn hồi của bêtông
I - moment quán tính của tiết diện( tính toán theo phương)
Khi kể đến uốn dọc thì Mx, My gia tăng thành Mx1, My1
- Giả thiết chiều dày lớp đệm a, tính h0 = h – a; Z = h – 2a chuẩn bị các số liệu Rb, R s , R sc,
R như đối với trường hợp nén lệch tâm phẳng
- Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng:
- Theo mômen tương đương (đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệch tâm phẳng)
+ Với kết cấu tĩnh định: e0 = e1 + e + Đối với kết cấu siêu tĩnh: e 0 = max (e 1 ,e a )
- Tính toán độ mảnh theo hai phương x ox ; y oy x y l l i i
- D ựa vào độ lệch tâm e 0 và giá tr ị x 1 để phân biệt các trường hợp tính toán
* Trường hợp 1: Nén lệch tâm rất bé khi 0
- Tính toán gần như cột chịu nén đúng tâm
+ Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm e
+ Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm
Nếu 14 < 104 lấy theo công thức
+ Diện tích toàn bộ cốt thép Ast e b e st sc b
Cốt thép đặt theo chu vi trong đó cốt thép đặt theo cạnh b có mật độ lớn hơn hoặc bằng mật độ theo cạnh h
Sau khi xác định lượng cốt thép bằng phương pháp gần đúng, cần đánh giá tính hợp lý của nó thông qua kiểm tra hàm lượng cốt thép Hàm lượng cốt thép hợp lý trong cột thường dao động từ 1% đến 3%.
* Trường hợp 2: Nén lệch tâm bé khi 0
- Diện tích toàn bộ cốt thép Ast tính theo công thức
* Trường hợp 3: Nén lệch tâm lớn khi: 0
- Tính diện tích toàn bộ cốt thép Ast tính theo công thức:
- Cốt thép đặt theo chu vi trong đó cốt thép đặt theo cạnh b có mật độ lớn hơn hoặc bằng mật độ cạnh h
+ Hàm lượng cốt thép trong cột min max
Trong đó: min lấy theo l 0
Bảng 0.1 Giá trị hàm lượng cốt thép tối thiểu trong cột l 0
Khi cần hạn chế việc sử dụng thép, người ta thường áp dụng tỷ lệ tối đa là max = 3% Để đảm bảo sự tương tác hiệu quả giữa thép và bê tông, tỷ lệ này thường được tăng lên 6% Cốt đai trong cột đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định và chịu lực cho công trình.
- Kiểm tra điều kiện hạn chế
- Điều kiện để bê tông đủ khả năng chịu cắt
Nếu Q b 3 b bt R bh o thì bố trí cốt đai theo cấu tạo
- Đường kính cốt đai ax w 4
- Khoảng cách các cốt thép
- Trong đoạn nối chồng cốt thép
Nếu Q b 3 b bt R bh o thì tính toán cốt đai theo khả năng chịu lực
- Chọn đường kính cốt đai dsw và nhánh cốt đai n
- Khoảng cách giữa 2 cốt đai theo tính toán
= 2 đối với bê tông nặng; bê tông nhẹ: b 2 1, 7
Và φf = 0 (tiết diện chữ nhật)
- Để an toàn quy phạm thiết kế quy định, khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai
- Đối với bê tông nặng thì b 4 = 1,5
- Chọn s = min (sn; s max ; s ct )
- Kiểm tra điều kiện đảm bảo độ bền trên dải nghiêng giữa các vết nứt xiên
- Kiểm tra điều kiện đảm bảo khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai tại tiết diện nguy hiểm nhất
Trong đó: sw w sw q R nA
s c Ta tiến hành tính đại diện cho cột C9 (từ tầng trệttầng 3) c 1 Cốt thép dọc
- Tiết diện: Cx = 800 mm, Cy = 800 mm, chiều dài cột 3,5 m
- Chiều dài tính toán của cột C32: l ox = l oy = 0,7x3,5 = 2,45 m
- Cột có tiết diện vuông nên ta có: r x = r y 3 3
202, 07 l o r λmax = max (λx; λy) = 12,12< 28 bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc (ηx = ηy = 1)
- Kết quả xuất nội lực từ Etabs ta chọn được cặp nội lực tính toán
- Tính toán độ lệch tâm ngẫu nhiên theo [ mục 4.2.11 TCXDVN 356 – 2005] quy định như sau: ax
Tính toán với cặp nội lực thứ 1 (Pmax): ax 4280, 64
P m kN,V 2 tu 5,68kN,V 3 tu 4,61kN,M 2 tu 6, 297kN m ,M 3 tu 9,592kN m.
C C tính toán thép theo phương y
- Ta có: M 1 M y 1 9,592kN m , M 2 M x 1 6, 297kN m , N= 4280,64 kN
- Độ lệch tâm ngẫu nhiên: e a = 23,33 + 0,2 x23,33 = 28 mm
- Bê tông B25, cốt thép AII ta có: αm = 0.432; ξR =0.632
- Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt thép đối xứng: x 1 4280, 64 103
- Tính moment tương đương( Đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệch tâm phẳng)
- Cột thuộc kết cấu siêu tĩnh: eo = max (e1 ; ea) = max (3,1; 28) = 28 mm
- Giả thiết a = 50 mm ho = h – a p0 – 50 e0 mm
- Suy ra tính toán theo trường hợp nén đúng tâm
- Hệ số ảnh hưởng độ lêch tâm:
- Ta có: 12,12 14 lấy =1 theo công thức sau:
- Hệ số uốn dọc phụ thêm khi nén đúng tâm:
- Diện tích toàn bộ cốt thép dọc:
- Chọn cốt thộp chọn 16ỉ25 cú A s 7854m m 2
Tính toán v ới cặp nội lực thứ 5 (M 3 max ):
M kN ,P tu 3327,37kN,V 2 tu 27,72kN,V 3 tu 0,16kN m ,M 2 tu 5,476kN m.
C C tính toán thép theo phương y
- Ta có: M 1 M y 1 86,146kN m , M 2 M x 1 5, 476kN m , N= 3327,37 kN
- Độ lệch tâm ngẫu nhiên: ea = 23,33 + 0,2 x23,33 = 28 mm
- Bê tông B25, cốt thép AII ta có: αm = 0,432; ξR =0,632
- Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt thép đối xứng: x1 3327,33 103
- Tính moment tương đương(Đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệch tâm phẳng)
- Cột thuộc kết cấu siêu tĩnh: eo = max (e1 ; ea) = max (27; 28) = 28 mm
- Giả thiết a = 50 mm ho = h – a p0 – 50 e0 mm
- Suy ra tính toán theo trường hợp nén đúng tâm
- Hệ số ảnh hưởng độ lêch tâm:
- Ta có: 12,1 2 1 4 lấy =1 theo công thức sau:
- Hệ số uốn dọc phụ thêm khi nén đúng tâm:
- Diện tích toàn bộ cốt thép dọc:
- Chọn cốt thộp chọn 16ỉ25 cú A s 7854mm 2
Kết quả của 5 cặp nội lực:
Cặp nội lực tương ứng Cạnh tiết diện
Mx My N ≡ P Cx ≡ t3 Cy ≡ t2 A st n ỉ
A st chọn μ st chọn Tầng
(kNm) (kNm) (kN) (cm) (cm) (cm 2 ) (mm) (cm 2 ) (%)
* Kết luận: cặp nội lực thứ 5 cho kết quả cốt thép lớn nhất
- Vậy ta chọn cốt thộp chọn 16ỉ25 cú A s 7854mm 2
* Tương tự tính toán cốt thép cho các cột khác khung trục 4 c 2 Cốt thép đai
Tính toán cốt thép đai cho cột C9 v ới c ặp nội lực s ố 2:
V 2 ax m 28, 91kN, P tu 4187,93kN , V 3 tu 1,35kN,M 2 tu 3, 276kN m ,M 3 tu 83, 007kN m.
- Khả năng chịu cắt của bê tông: Q min b 3 (1 n )R bh bt 0
+ b 3 0, 6 :Đối với bê tông nặng
- Suy ra: min b 3(1 n ) bt 0 0, 6(1 0, 589) 0, 9 800 750 514, 836( ) m ax
Nên chỉ cần bố trí cốt đai theo cấu tạo
- Đường kính cốt đai: w ax / 4 25 / 4 6, 25
Chọn đường kính cốt đai d s w 8mm
- Khoảng cách cốt đai trong vùng giữa cột: smin 15 d min; ;500b 270,800,500270mm
- Khoảng cách cốt đai trong đoạn nối chồng: Q bmin →Vậy phải tính cốt đai
- Kiểm tra cường độ của tiết diện nghiêng theo lực cắt:
+ Ngoài ra qsw còn không được nhỏ hơn q sw 0
- Kiểm tra điều kiện xảy ra phá hoại dòn: q sw < min
Q b h Bị phá hoại dòn Tính lại qsw:
- Chọn cốt đai, Tính khoảng cách đai ở khu vực gần gối tựa tt sw sw sw s R A
q Thấy rằng s ≤ stt thì thỏa mãn, không cần chọn lại s
- Kiểm tra điều kiện không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng đi qua giữa 2 thanh cốt đai (khe nứt nghiêng không cắt qua cốt đai) Điều kiện:
So sánh: s ≤ smax (thoả điều kiện)
5.5.2.2 Ứng dụng tính toán cốt thép dầm khung trục 4
- Kích thước tiết diện dầm: bxh300 600x mm
- Tính toán dầm B201 tầng 1 cos +8,000mm (Tính đại diện 1 dầm)
- Nội lực xuất từ Etabs ứng với trường hợp tổ hợp bao COMB18 cho dầm B20 tầng 1
Bảng 5-9: Tổ hợp nội lực tính dầm B20 a Tính toán cốt thép dọc
Tính c ốt thép với tiết diện chịu moment âm:(Tại gối trái)
- Cánh nằm trong vùng kéo nên tính theo tiết diện chữ nhật bxh (mmxmm)
- Tính diện tích cốt thép:
- Tính và kiểm tra hàm lượng cốt thép: min
- So sánh hàm lượng cốt thép: min 0, 05% 0, 95% m ax 2, 78%
* Ki ểm tra khả năng chịu lực của dầm tiết diện 300x600 được bố trí thép như trên:
Hình 5-9: Mặt cắt gối dầm B20 tầng 1
- T ại vị trí g ối (hình 5.8): g ối trái v à ph ải th ì g ối trái chụi mômen lớn hơn nên chỉ cần ki ểm tra gối trái là được
Tính c ốt thép với tiết diện chịu moment dương:(Tại giữa nhịp)
- Tính theo tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng chịu nén với hf0mm Bề rộng cánh dùng trong tính toán là: bf = b + 2xsf
- Trong đó: sf được lấy theo trị số bé nhất trong hai trị số sau:
- Vậy bề rộng cánh: b f b 2s f 0,3 2 1 2,3m2300mm
-Xác định trục trung hoà:
- Kiểm tra trục trung hoà qua bụng hay qua cánh:
So sánh: M f 1960,98(kN m )M m ax 172,33(kN m ) Suy ra trục trung hòa qua cánh và tính như tiết diện chữ nhật bf.h
- Tính diện tích cốt thép:
- Tính và kiểm tra hàm lượng cốt thép: min
- So sánh hàm lượng cốt thép: min 0, 05% 1% m ax 2, 78%
* Ki ểm tra khả năng chịu lực của dầm tiết diện 300x600 được bố trí thép như trên:
Hình 5-10: Mặt cắt nhịp dầm B20 tầng 1
- T ại vị trí nhịp (h ình 5.9)
Tính c ốt thép với tiết diện chịu moment âm:(Tại gối phải)
- Cánh nằm trong vùng kéo nên tính theo tiết diện chữ nhật bxh (mmxmm)
- Tính diện tích cốt thép:
- Tính và kiểm tra hàm lượng cốt thép: min
- So sánh hàm lượng cốt thép: min 0, 05% 0, 95% m ax 2, 78%
* Ki ểm tra khả năng chịu lực của dầm tiết diện 300x600 được bố trí thép như trên:
Hình 5-11: Mặt cắt gối dầm B20 tầng 1
- T ại vị trí g ối (hình 5.10): g ối trái v à ph ải th ì g ối trái chụi mômen lớn hơn nên chỉ cần ki ể m tra g ối trái là được
K ết quả bố trí cốt thép
Bảng 5-10: Kết quả tính toán dầm B20 b Tính toán cốt đai
- Tính toán cốt đai cho vị trí dầm có lực cắt lớn nhất và bố trí cho tất cả các dầm khác trong khung trục 4
- Lực cắt lớn nhất trong dầm từ Etabs
Tầng Dầm Tải Trọng Vị Trí(m) V2(Gối)
- Sơ bộ chọn cốt đai theo điều kiện cấu tạo: chọn ỉ8 cú bước đại s = 150mm
- Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính ở bụng:
0.3 w b R b b h 0,3 1, 007 0,885 14,5 10 0,3 0,55 639, 65(kN) + So sánh: Q max 238, 78(kN)0.3 w 1 b 1 R b b h 0 639, 65(kN)
Vậy thỏa mãn điều kiện trên
- Kiểm tra điều kiện tính toán cốt đai: max b min b 3.(1 f n ) bt o
+ φn =0: Hệ số xét đến ảnh hưởng của lực dọc trục
+ φf =0: Hệ số xét đến ảnh hưởng của cánh tiết diện chữ T và chữ I khi cánh nằm trong vùng nén
+ So sánh Q m ax 238, 78(kN)Q b min 89,1(kN)→Vậy phải tính cốt đai
- Kiểm tra cường độ của tiết diện nghiêng theo lực cắt:
+ Tính qsw theo: qsw 2 2 2 2 max 1 238, 78 167, 62
+ Ngoài ra q sw còn không được nhỏ hơn qsw = max 1
- Kiểm tra điều kiện xảy ra phá hoại dòn: qsw ,69 > min
không bị phá hoại dòn
- Vậy chọn đai ỉ8 với s0 bố trớ ở khu vực 1/4 gần gối tựa và ỉ8 với s 0 bố trớ ở khu vực giữa nhịp
- Các cấu kiện còn lại tính tương tự
K ết quả tính toán cốt thép dầm khung trục 4 đưa vào bảng phụ lục 2.
