THIẾT kế hệ kết cấu CHỊU lực bê TÔNG cốt THÉP TOÀN KHỐI

MỤC LỤC MỤC LỤC BẢNG HÌNH PHẦN A: THIẾT KẾ HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC BÊ TƠNG CỐT THÉP TỒN KHỐI .5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH 1.1 Các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng 1.1.1 Hệ kết cấu khung 1.1.2 Hệ kết cấu khung-giằng (khung vách cứng) 1.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu cơng trình .7 1.2.1 Hệ kết cấu chịu lực 1.2.2 Hệ kết cấu chịu lực hỗn hợp .7 1.2.3 Hệ kết cấu sàn .7 1.3 Lựa chọn vật liệu .7 1.4 Tiêu chuẩn, quy phạm dùng tính tốn thiết kế kết cấu 1.5 Cơ sở lựa chọn sơ tiết diện 1.5.1 Tiết diện cột 1.5.2 Tiết diện dầm 1.5.3 Tiết diện sàn .8 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH .9 2.1 Số liệu tính tốn .9 2.2 Chọn chiều dày sàn 2.3 Xác định tải trọng tác động .10 2.3.1 Tĩnh tải .10 2.3.2 Hoạt tải .13 CHƯƠNG TÍNH TOÁN CẤU KIỆN KHUNG 14 3.1 Sơ đồ tính toán khung 14 3.2 Chọn tiết diện dầm 15 3.3 Chọn tiết diện cột 16 3.4 Tải trọng thẳng đứng .19 3.4.1 Tĩnh tải .19 3.4.2 Hoạt tải .29 3.4.3 Tải trọng gió .31 3.5 Tổ hợp nội lực tính toán cốt thép dầm khung 33 3.5.1 Tổ hợp nội lực dầm khung 33 3.5.2 Tính tốn cốt thép dầm khung 59 3.6 Tổ hợp nội lực tính tốn cốt thép cột: .83 3.6.1 Tổ hợp nội lực 83 3.6.2 Tính tốn cốt thép cột .89 CHƯƠNG THIẾT KẾ MÓNG TRỤC E 99 4.1 Điều kiện địa chất cơng trình 99 4.1.1 Số liệu địa chất công trình 99 4.1.2 Nhận xét tính xây dựng đất .100 4.1.3 Lựa chọn giải pháp móng .100 4.2 Thiết kế móng cột trục E 100 4.2.1 Chọn vật liệu làm cọc đài cọc 100 4.2.2 Chọn kích thước cọc đài cọc 101 4.2.3 Xác định tải trọng truyền xuống móng 101 4.2.4 Xác định chiều sâu chôn đài 102 4.2.5 Xác định sức chịu tải cọc đơn 103 4.2.6 Xác định số cọc bố trí cọc móng .105 4.2.7 Kiểm tra tải trọng đứng tác dụng lên cọc 105 4.2.8 Kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc 106 4.2.9 Kiểm tra cọc quá trình thi cơng 107 4.2.10 Kiểm tra cường độ đất mặt phẳng mũi cọc 109 4.2.11 Kiểm tra độ lún móng cọc 112 4.2.12 Tính tốn chọc thủng 114 4.2.13 Tính tốn bố trí cốt thép đài 116 BẢNG Bảng 2.1 Phân loại sàn tính tốn chọn chiều dày ô sàn .10 Bảng 2.2 Bảng tính trọng lượng thân sàn thường 11 Bảng 2.3 Bảng tính trọng lượng thân sàn thường 11 Bảng 2.4 Bảng tính trọng lượng thân sàn WC .11 Bảng 2.5 Tải trọng Sàn mái 12 Bảng 2.6 Tải trọng Tường xây 220 12 Bảng 2.7 Tải trọng Tường xây 110 12 Bảng 2.8 Tải trọng tường cửa phân bố sàn: .12 Bảng 2.9 Tổng tải trọng tác dụng lên sàn 12 Bảng 2.10 Tổng hợp tải trọng tác dụng lên ô sàn 13 Bảng 3.1 Sơ chọn tiết diện dầm 15 Bảng 3.2 Sơ tiết diện cột 17 Bảng 3.3 Trọng lượng thân dầm 20 Bảng 3.4 Tải trọng từ sàn truyền vào dầm khung trục 22 Bảng 3.5 Tổng tĩnh tải truyền vào dầm khung trục 22 Bảng 3.6 Trọng lượng thân cột .23 Bảng 3.7 Tải trọng tập trung từ sàn truyền vào nút .26 Bảng 3.8 Tải trọng tập trung trọng lượng thân vào nút 26 Bảng 3.9 Tải trọng tập trung tường + cửa truyền vào nút 27 Bảng 3.10 Tổng tĩnh tải tập trung nút .27 Bảng 3.11 Hoạt tải phân bố dầm khung 30 Bảng 3.12 Hoạt tải tập trung nút .30 Bảng 3.13 Tải trọng gió phân bố vào cột khung( tầng 1-10) 32 Bảng 3.14 Tải trọng gió phân bố vào cột khung( tầng 1-10) 32 Bảng 3.15 Bảng tổ hợp moment dầm khung 40 Bảng 3.16 Bảng tổ hợp lực cắt dầm khung trục 45 Bảng 3.17 Bảng tổ hợp nội lực cột khung (M, N) 55 Bảng 3.18 Bảng tính thép dọc dầm khung 69 Bảng 3.19 Bảng tính cốt thép đai 79 Bảng 3.20 Bảng tổ hợp nội lực cột khung 84 Bảng 4.1 Bảng chiều dày lớp đất 99 Bảng 4.2 Bảng tiêu lý lớp đất 99 Bảng 4.3 Bảng kết tính ứng suất 113 Bảng 4.4 Bảng tính độ lún lớp phân tố thứ i 113 HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ sàn tầng Hình 2.2 Cấu tạo lớp sàn .11 Hình 3.1 Sơ đồ tính tốn 14 Hình 3.2 Mặt bố trí dầm 15 Hình 3.3 Sơ đồ truyền tải vào cột 16 Hình 3.4 Tiết diện khung trục 18 Hình 3.5 Mặt cắt dầm 19 Hình 3.6 Sơ đồ tải trọng từ sàn truyền vào dầm khung trục( tầng điển hình) .20 Hình 3.7 Sơ đồ tải trọng từ sàn truyền vào dầm khung trục( tầng mái) 20 Hình 3.8 Sơ đồ truyền tải kê cạnh 21 Hình 3.9 Sơ đồ truyền tải loại dầm 21 Hình 3.10 Sơ đồ truyền tải từ sàn truyền vào dầm dọc( tầng điển hình) 24 Hình 3.11 Sơ đồ truyền tải từ sàn truyền vào dầm dọc(tầng mái) 25 Hình 3.12 Diện tích sàn truyền vào nút( tầng điển hình) .25 Hình 3.13 Diện tích sàn truyền vào nút( tầng mái) 25 Hình 3.14 Sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung(P:kN ; q: kN /m) 29 Hình 3.15 Sơ đồ hoạt tải tác dụng vào khung(P:kN ; q: kN /m) .31 Hình 3.16 Sơ đồ hoạt tải tác dụng vào khung(P:kN ; q: kN /m) .31 Hình 3.17 Sơ đồ gió trái (P:kN ; q: kN /m 33 Hình 3.18 Sơ đồ gió phải (P:kN ; q: kN /m 33 Hình 3.19 Biểu đồ moment – Tĩnh tải(kN.m) 36 Hình 3.20 Biểu đồ lực cắt – Tĩnh tải(kN) 36 Hình 3.21 Biểu đồ moment – HT1 (kN.m) 36 Hình 3.22 Biểu đồ lực cắt – HT1(kN) 36 Hình 3.23 Biểu đồ moment – HT2 (kN.m) 37 Hình 3.24 Biểu đồ lực cắt – HT2(kN) 37 Hình 3.25 Biểu đồ moment – GT(kN.m) .37 Hình 3.26 Biểu đồ lực cắt – GT(kN) 37 Hình 3.27 Biểu đồ moment – GP(kN.m) .38 Hình 3.28 Biểu đồ lực cắt – GP(kN) 38 Hình 3.29 Biểu đồ lực dọc – Tĩnh tải (kN) 38 Hình 3.30 Biểu đồ lực dọc – HT1 (kN) .39 Hình 3.31 Biểu đồ lực dọc – HT2 (kN) .39 Hình 3.32 Biểu đồ lực dọc – HT1 (kN) .39 Hình 3.33 Biểu đồ lực dọc – HT1 (kN) .39 Hình 4.1 Sơ đồ phân bố lớp đất 104 Hình 4.2 Sơ đồ bố trí cọc 105 Hình 4.3 Sơ đồ tính cẩu lắp, vận chuyển biểu đồ moment 107 Hình 4.4 Sơ đồ tính neo cọc lên giá búa biểu đồ moment .108 Hình 4.5 Kích thước khối móng quy ước 110 Hình 4.6 Sơ đồ tính chọc thủng đài cọc .114 Hình 4.7 Sơ đồ tính tốn cốt thép đài cọc 116 PHẦN A: THIẾT KẾ HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC BÊ TƠNG CỐT THÉP TỒN KHỐI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH 1.1 Các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng Các hệ kết cấu BTCT toàn khối sử dụng phổ biến nhà cao tầng bao gồm: hệ kết cấu khung, hệ kết cấu tường chịu lực, hệ khung vách hỗn hợp, hệ kết cấu hình ống hệ kết cấu hình hộp Việc lựa chọn hệ kết cấu dạng hay dạng khác phụ thuộc vào điều kiện cụ thể cơng trình, cơng sử dụng, chiều cao nhà độ lớn tải trọng ngang (động đất, gió) 1.1.1 Hệ kết cấu khung Hệ kết cấu khung có khả tạo khơng gian lớn, linh hoạt thích hợp với cơng trình cơng cộng Hệ kết cấu khung có sơ đồ làm việc rõ ràng, có nhược điểm hiệu chiều cao cơng trình lớn Trong thực tế kết cấu khung BTCT sử dụng cho cơng trình có chiều cao đến 20 tầng cấp phòng chống động đất ¿ 7; 15 tầng nhà vùng có chấn động động đất cấp 10 tầng cấp 1.1.2 Hệ kết cấu khung-giằng (khung vách cứng) Hệ kết cấu khung-giằng (khung vách cứng) tạo khu vực cầu thang bộ, cầu thang máy, khu vệ sinh chung tường biên khu vực có tường liên tục nhiều tầng Hệ thống khung bố trí khu vực cịn lại nhà Hai hệ thống khung vách liên kết với qua hệ kết cấu sàn Trong trường hợp hệ sàn liền khối có ý nghĩa lớn Thường hệ thống kết cấu hệ thống vách đóng vai trị chủ yếu chịu tải trọng ngang, hệ khung chủ yếu thiết kế để chịu tải trọng thẳng đứng Sự phân rõ chức tạo điều kiện tối ưu hoá cấu kiện, giảm bớt kích thước cột dầm, đáp ứng yêu cầu kiến trúc 1.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu cơng trình 1.2.1 Hệ kết cấu chịu lực Từ phân tích ưu điểm, nhược điểm, phạm vi ứng dụng loại kết cấu chịu lực trên, ta định sử dụng hệ kết cấu khung-vách cho cơng trình 1.2.2 Hệ kết cấu chịu lực hỗn hợp Hệ kết cấu khung 1.2.3 Hệ kết cấu sàn Ơ sàn tồn khối Các sàn nhỏ làm việc 1.3 Lựa chọn vật liệu Bêtơng cấp độ bền: B25 có Rb= 14,5Mpa ; Rbt = 1,05 Mpa  Cố thép:  Nếu Ø ≤ 10 dùng thép nhóm CI có : Rs = Rsc = 225 Mpa  Nếu Ø > 10 dùng thép nhóm CII có: Rs = Rsc = 280 Mpa 1.4 Tiêu chuẩn, quy phạm dùng tính toán thiết kế kết cấu  Tiêu chuẩn tải trọng tác động TCVN 2737-1995  Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông bê tông cốt thép TCVN 5574-2012  Tiêu chuẩn thiết kế cơng trình chịu động đất TCVN 9386-2012  Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc 205-1998  Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép TCVN 5575-2018  Cấu tạo bê tông cốt thép – Bộ Xây dựng 1.5 Cơ sở lựa chọn sơ tiết diện 1.5.1 Tiết diện cột  Việc chọn hình dáng, kích thước tiết diện cột dựa vào yêu cầu kiến trúc, kết cấu thi công Về kiến trúc, yêu cầu thẩm mỹ yêu cầu sử dụng không gian Với yêu cầu người thiết kế kiến trúc định hình dáng kích thước tối đa, tối thiểu chấp nhận Về kết cấu, kích thước tiết diện cột cần đảm bảo độ bền ổn định Với tiết diện chữ nhật tỉ lệ cạnh lớn cạnh bé không  Trong nhà nhiều tầng, theo chiều cao nhà từ móng đến mái lực nén cột giảm dầm Để đảm bảo hợp lí mặt sử dụng vật liệu lên cao nên giảm khả chịu lực cột Việc giảm thực cách giảm kích thước tiết diện cột, giảm cốt thép cột, giảm mác bê tơng Trong ba cách việc giảm cốt thép đơn giản phạm vi điều chỉnh khơng lớn Cách giảm kích thước tiết diện hợp lí mặt chịu lực làm phức tạp cho thi công ảnh hưởng không tốt đến làm việc tổng thể ngơi nhà tính tốn dao động 1.5.2 Tiết diện dầm  Dầm cấu kiện mà chiều cao chiều rộng tiết diện ngang nhỏ so với chiều dài Tiết diện ngang dầm chữ nhật, chữ I, hình thang Thường gặp dầm có tiết diện chữ T chữ nhật  Gọi chiều cao h tiết diện cạnh nằm theo phương mặt phẳng uốn tiết diện hợp lí tiết diện có tỉ số h/b = 2÷4 Chiều cao h thường chọn khoảng 1/8 đến 1/20 nhịp dầm Khi chọn kích thước b h cần phải xem xét đến u cầu kiến trúc việc định hình hóa ván khuôn 1.5.3 Tiết diện sàn  Chọn chiều dày sàn hb theo điều kiện khả chịu lực thuận tiện cho thi cơng Ngồi cần hb ≥ hmin theo điều kiện sử dụng theo tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005 (điều 8.2.2) CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH 2.1 Số liệu tính tốn Hình 2.1 Sơ đồ sàn tầng 2.2 Chọn chiều dày sàn l2 l Khi l2 l Khi ≥2 0,92 Vậy tất cọc chịu nén thỏa mãn điều kiện cường độ tải trọng thẳng đứng tác dụng đáy đài cọc 4.2.8 Kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc Móng cọc đài thấp chịu tải trọng ngang phải thõa mãn điều kiện sau: h ≤ [ H ng ] Trong h : lực ngang tác dụng lên cọc, giả thiết tải trọng ngang phân bố lên tất cọc móng ∑ 𝐻 : tổng lực ngang tác dụng lên móng cọc đài H Qtt 66,73 ∑ h= = = =13,35(kN ) nc nc [ H ng ]=m H ng Trong Với m hệ số điều kiện làm việc phụ thuộc vào số cọc móng Với số cọc móng cọc, ta có m = 0,85 H ng : sức chịu tải trọng ngang tính tốn cọc Với loại đất sét pha trạng thái dẻo mềm, độ ngàm sâu kd=7d,tiết diện cọc BTCT 300x300 (mm) tra bảng 3.16 sách móng thầy Lê Xuân Mai có H ng=2,5 ( T )=24,5(kN ) [ H ng ]=m H ng=0,85.24,5=20,82(kN ) h 0=13,35 ( kN ) < [ H ng ]=20,82( kN ) Vậy cọc móng đảm bảo khả chịu tải trọng ngang 87 4.2.9 Kiểm tra cọc quá trình thi cơng 4.2.9.1 Kiểm tra cọc vận chuyển cẩu lắp Để đảm bảo điều kiện chịu lực tốt vận chuyển cọc, vị trí móc cẩu cần bố trí cho momen dương lớn trị số momen âm lớn Từ điều kiện xác định được: a=0,207 L M max =M 1=M 2=0,043 q L Trong L chiều dài đoạn cọc q trọng lượng thân cọc q=n F c γ bt =1,5.0,3 0,3 25=3,375( kN /m) (n :là hệ số vượt tải ,lấy 1,5) Hình 4.3 Sơ đồ tính cẩu lắp, vận chuyển biểu đồ moment 2 M max =M 1=M 2=0,043 q L =0,043.3,375 =7,1(kN m) Chọn lớp bê tông bảo vệ c=20mm Chiều cao làm việc tiết diện ngang cọc: h 0=0,3−0,02=0,28 ( m ) Diện tích cốt thép chịu lực cần thiết theo tiết diện ngang cọc vc Fa = M max 7,1 −4 2 = =10 ( m )=1 cm 0,9 h0 R s 0,9.0,28 280 103 vc cốt thép đặt đối xứng bên ∅ 20 có F a=6,28 cm > F a =1 cm Vậy cọc đảm bảo điều kiện vận chuyển cẩu lắp 88 4.2.9.2 Kiểm tra cọc trình neo lên giá búa Vì vị trí móc cẩu cần bố trí cho momen dương lớn trị số momen âm lớn nhất, đó: a=0,294 L Hình 4.4 Sơ đồ tính neo cọc lên giá búa biểu đồ moment 2 M max =M 1=M 2=0,086 q L =0,086.3,375 =14,2 ( kN m ) Chọn lớp bê tông bảo vệ c=20mm Chiều cao làm việc tiết diện ngang cọc: h 0=0,3−0,02=0,28 ( m ) Diện tích cốt thép chịu lực cần thiết theo tiết diện ngang cọc vc Fa = M max 14,2 −4 2 = =2.10 ( m )=2 cm 0,9 h0 R s 0,9.0,28 280 10 vc cốt thép đặt đối xứng bên ∅ 20 có F a=14,2 cm > F a =2 cm Vậy cọc đảm bảo điều kiện neo lên giá búa 4.2.10 Kiểm tra cường độ đất mặt phẳng mũi cọc Điều kiện kiểm tra áp lực đất mặt phẳng mũi cọc sau tc qư σ tb ≤ R tb tc qư σ max ≤1,2 Rtc sơ đồ tính 89 Khi kiểm tra coi móng móng khối quy ước gồm đài cọc, cọc đất xung quanh cọc Sơ đồ tính Móng khối quy ước : α : góc mở móng khối quy ước α = φ tb Với φ tb: góc ma sát trung bình lớp đất mà cọc xuyên qua φ i l i 11,12.4,7+14,33.7,5+18,5.2,75 φ tb = = =14,08 4,7+7,5+2,75 ∑ li 1 ⇒ α= φtb = 14,08=3,52 4 Cạnh móng khối quy ước Aqứ =Bqứ = A +2 Ltt tan ( α )=2,1+2.13,45 tan ( 3,52 )=3,75( m) Diện tích móng khối quy ước là: F qứ = A qứ Bqứ =3,75.3,75=14,06(m ) Chiều sâu chơn móng khối quy ước là: H qứ =hm +l tt =1,5+ 13,45=14,95( m) 90 qứ Xác định Rtc qứ Rtc = m1 m2 ' (A Bqứ γ +B H qứ γ + Dc) k tc  Trong đó:  m1: hệ số làm việc đất Lớp đất đặt móng đất sét pha có độ sệt B=0,07