luận văn tốt nghiệp ngành xây dựng dân dụng ĐH Bách Khoa tpHCM

luận văn tốt nghiệp chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp trường ĐH BKTPHCM. hướng dẫn đầy đủ tính toán nhà cao tầng, cầu thang, bể nước, tính toán gió động

PHAÀN I KIEÁN TRUÙC & KEÁT CAÁU

GVHD : ThS TRAÀN THÒ THOÂN SVTH : NGUYEÃN VÓNH PHUÙC MSSV : 80401912

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 TỔNG QUAN KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH :

1.1.1 Vị trí công trình :

Tên công trình : cao ốc Thịnh Vượng

Vị trí công trình : 531 Nguyễn Duy Trinh, phường Bình Trưng Đông,

quận 2 tp Hồ Chí Minh

Vị trí công trình khá thuận lợi như gần khu đô thị mới Thủ Thiêm và

thông với đại lộ Đông Tây, cao ốc được hoàn tất cùng lúc với cầu Thủ

Thiêm và đường hầm Thủ Thiêm sẽ giúp rút ngắn khoảng cách tới trung

tâm thành phố và các khu vực lân cận

1.1.2 Đặc điểm công trình :

Quy mô công trình :

· Diện tích khuôn viên : 3.549 m2

· Diện tích xây dựng : 1.023,7 m2

· Diện tích sàn xây dựng : 20.755,2 m2

· Diện tích cây xanh : 2.525,3 m2

· Mật độ xây dựng : 28,85%

· Tổng số căn hộ : 128 căn

· Diện tích căn hộ : 76 m2–183,86 m2

· Tầng cao : 15 tầng

Chức năng công trình :

· Tầng hầm để đậu xe và dùng làm các phòng kỹ thuật

· Tầng 1 bao gồm các cửa hàng và dịch vụ

· Tầng 2-15 bao gồm các căn hộ để ở

1.1.3 Các giải pháp kỹ thuật :

· Giải pháp lựa chọn vật liệu và kiến trúc :

Công trình sử dụng hệ thống chịu lực chính là khung bê tông cốt thép

toàn khối kết hợp với vách cứng tạo thành hệ chịu lực khung-giằng

Vật liệu bao che là tường gạch, sử dụng tường ngăn

Thiết kế mang tính hiện đại với mật độ xây dựng chỉ chiếm 28%, với

thiết kế kiến trúc gần gũi với thiên nhiên, tạo nên không gian thật thoáng

đãng

· Giải pháp thông thoáng :

Thông thoáng qua hệ thống cửa ở mỗi phòng kết hợp với hệ thống thông

gió nhân tạo bằng máy điều hòa, quạt ở các tầng

· Giải pháp chiếu sáng:

Kết hợp chiếu sáng nhân tạo bằng hệ thống đèn chiếu sáng ở các phòng

và hành lang với chiếu sáng tự nhiên bằng hệ thống lấy sáng bên ngoài (cửa

sổ, kính bao)

· Hệ thống điện :

Hệ thống điện sử dụng trực tiếp hệ thống điện thành phố, có thêm hệ

thống điện dự phòng, đảm bảo cho tất cả các trang thiết bị trong tòa nhà có

thể hoạt động đuợc trong tình huống bị mất điện, đặc biệt là đối với hệ

thống thang máy và hệ thống lạnh của tòa nhà phải luôn được hoạt động

liên tục

· Hệ thống cấp - thoát nước :

Nguồn nước được lấy từ mạng lưới cấp nước của thành phố dẫn vào hồ

nước ở tầng hầm qua hệ thống bơm bơm lên bể nước tầng mái

Nuớc thải từ các tầng được tập trung về khu xử lý và bể tự hoại nằm ở

tầng hầm

Các đường ống đều đi ngầm trong hộp kỹ thuật

· Hệ thống phòng cháy chữa cháy :

Công trình được trang bị hệ thống báo cháy tự động, bao gồm các loại

đầu báo khói, báo nhiệt, chuông, còi …… nếu có cháy xảy ra, các thiết bị này

sẽ đưa tín hiệu xuống trung tâm báo cháy, nước sẽ tự động xả xuống từ hồ

chứa và phun ra ở các đầu chữa cháy cố định Trên mỗi tầng đều có 1 hệ

thống chữa cháy bằng ống khô nếu như hệ thống tự động hoạt động không

hiệu quả

Cầu thang máy thoát hiểm và chữa cháy riêng Khi có sự cố thì thoát

hiểm bằng cầu thang bộ Dọc mỗi cầu thang bộ đều có hệ thống ống vòi

rồâng cứu hỏa

1.2 GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG TRÌNH :

Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn

bộ quá trình thiết kế và thi công xây dựng Đây là công tác tạo nên “bộ

xương” của công trình, thỏa mãn ba tiêu chí của một sản phẩm xây dựng :

mỹ thuật – kỹ thuật – giá thành xây dựng Các giải pháp kết cấu bê tông cốt

thép toàn khối được sử dụng phổ biến trong các 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 và hệ kết cấu hình hộp (giải pháp này bị loại chỉ thích hợp cho

những công trình cao hơn 40 tầng) Do đó lựa chọn kết cấu hợp lý cho một

công trình cụ thể sẽ hạ giá thành xây dựng công trình, trong khi vẫn đảm

bảo độ cứng và độ bền của công trình, cũng như chuyển vị tại đỉnh công

trình Việc lựa chọn kết cấu dạng này hay dạng khác phụ thuộc vào điều

kiện cụ thể của công trình, công năng sử dụng, chiều cao của nhà và độ lớn

của tải trọng ngang

1.2.1 Hệ kết cấu khung :

Hệ kết cấu khung có khả năng tạo ra các không gian lớn, linh hoạt thích

hợp với các công trình công cộng Hệ kết cấu khung có sơ đồ làm việc rõ

ràng, nhưng lại có nhược điểm là kém hiệu quả khi chiều cao công trình lớn

Trong thực tế kết cấu khung bê tông cốt thép được sử dụng cho công trình

có chiều cao 20 tầng đối với cấp phòng chống động đất £ 7, 15 tầng đối với

nhà trong vùng có chấn động động đất cấp 8 và 10 tầng đối với cấp 9

1.2.2 Hệ kết cấu vách cứng và lõi cứng :

Hệ kết cấu vách được bố trí thành hệ thống theo một phương, hai phương

hoặc liên kết lại thành các hệ không gian gọi là lõi cứng Đặc điểm quan

trọng của loại kết cấu này là khả năng chịu lực ngang tốt nên thường được

sử dụng cho các công trình các công trình có chiều cao trên 20 tầng Tuy

nhiên độ cứng theo phương ngang của các vách tỏ ra là hiệu quả ở những độ

cao nhất định, khi chiều cao công trình lớn thì bản thân vách cứng phải có

kích thước đủ lớn, mà điều này thì khó có thể thực hiện được Trong thực tế

kết cấu vách thường được sử dụng có hiệu quả cho các công trình nhà ở mà

đặc biệt là chung cư cao tầng, khách sạn với độ cao không quá 40 tầng đối

với động đất cấp 7 Độ cao giới hạn bị giảm đi nếu cấp phòng chống động

đất cao hơn

1.2.3 Hệ kết cấu khung giằng (khung và vách cứng):

Hệ kết cấu khung giằng (khung và vách cứng) được tạo ra bằng sự kết

hợp hệ thống khung và hệ thống vách cứng Hệ thống vách cứng thường

được tạo ra tại khu vực cầu thang bộ, cầu thang máy, khu vệ sinh, hoặc ở

các tường biên, là các khu vực có tường liên tục nhiều tầng Hệ thống khung

được bố trí tại các khu vực còn lại của ngôi nhà Hai hệ thống khung và

vách được liên kết với nhau qua hệ kết cấu sàn Trong trường hợp này, hệ

sàn toàn khối có ý nghĩa rất lớn Thường trong hệ thống kết cấu này, hệ

thống vách đóng vai trò chủ yếu chịu tải trọng ngang, hệ thống khung chủ

yếu chịu tải trọng đứng Sự phân rõ chức năng này tạo điều kiện để tối ưu

hóa các cấu kiện, giảm bớt kích thước cột và dầm, đáp ứng yêu cầu của

kiến trúc

Hệ kết cấu khung giằng tỏ ra là hệ kết cấu tối ưu cho nhiều loại công

trình cao tầng Loại kết cấu này sử dụng hiệu quả cho các công trình đến 40

tầng Tuy nhiên đối với các công trình có độ cao không lớn lắm, hệ thống

chịu lực này tỏ ra không kinh tế, vì khối lượng bê tông của vách cứng là rất

lớn và lượng thép chịu lực cho vách chủ yếu là cấu tạo

Đối với các hệ kết cấu chịu lực khác (tường chịu lực, hệ kết cấu hình

ống, hệ kết cấu hình hộp) chủ yếu thích hợp với các công trình có chiều cao

khá lớn vì các hệ kết cấu này có độ cứng theo phương ngang rất lớn

Công trình cao ốc Thịnh Vượng với chiều cao là 57.1 (m), cao trên 40

(m) nên phải tính thành phần động của gió Do đó công trình vừa đồng thời

chịu tải tác dụng theo phương ngang và phương đứng rất lớn Chọn hệ chịu

lực là khung giằng (khung bêtông kết hợp vách cứng) là hợp lý về mặt chịu

lực Đồng thời đây là hệ kết cấu tối ưu cho nhiều loại công trình

Hình 1.1 : Mặt bằng kiến trúc tầng điển hình

Hình 1.2 : Mặt đứng kiến trúc trục 10-1

CHƯƠNG 2 :

THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

Dùng phương án sàn BTCT đổ tại chổ với phương án là sàn có dầm

Thiết kế sàn là nhiệm vụ đầu tiên của quá trình thiết kế kết cấu bê tông

cốt thép Vấn đề được đặt ra là việc lựa chọn kết cấu cho sàn sao cho vừa

hợp lý mà vẫn đảm bảo hiệu quả kinh tế Trong quá trình thiết kế, tùy vào

khẩu độ, kỹ thuật thi công, thẩm mỹ và yêu cầu kỹ thuật, người kỹ sư cần

phải cân nhắc chọn lựa kết cấu sàn cho hợp lý nhất

2.1 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ DẦM SÀN :

Mặt bằng bố trí sàn như hình 3.1 :

A B C D E

800x500

800x500

800x500

800x500 800x500

800x500

800x500 800x500

800x500

800x500 800x500

Hình 2.1: Mặt bằng bố trí hệ dầm sàn

2.2 CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC, TIẾT DIỆN CỦA CẤU KIỆN :

2.2.1 Bề dày sàn :

Ta quan niệm sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang, bề dầy sàn đủ

lớn để :

· Đảm bảo tải ngang truyền vào hệ khung thông qua sàn

· Sàn không bị dịch chuyển, rung động khi chịu tải trọng ngang

Chiều dày bản sàn xác định sơ bộ theo công thức :

D = 0.8 – 1.4 phụ thuộc vào tải trọng

m = 30 – 35 đối với bản làm việc chủ yếu theo một phương

m = 40 – 45 đối với bản làm việc theo hai phương

l1 là cạnh ngắn của bản (l1max = 7500 mm)

Ta chọn hs = 140 (mm) để thiết kế

2.2.2 Kích thước tiết diện dầm :

Chọn sơ bộ kích thước dầm theo công thức thực nghiệm :

Do chiều cao mỗi tầng điển hình chỉ là 3.3 (m) nên để đảm bảo yêu cầu

kiến trúc, thẩm mỹ và yêu cầu thông thoáng cho căn phòng nên ở đây ta

hạn chế chiều cao tiết diện dầm là 500 (mm) Để đảo bảo độ cứng cho dầm

khung đủ khả năng chịu lực ta mở rộng bề rộng dầm lớn hơn so với thông

thường

2.3 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN :

Bản được xem như ngàm vào dầm chính và dầm phụ, vì theo như cách

chọn tiết diện ta luôn có ³3

b

d h

h , trong đó h d là chiều cao của dầm, h blà bề dày của bản

2.3.1 Sơ đồ tính ô bản kê 4 cạnh : 2

12

l l

<

Các ô bản kê bốn cạnh lần lượt là ô bản 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11 Các ô

bản này được tính với sơ đồ tính của ô bản số 9 (bốn cạnh ngàm)

Hình2.2 : Sơ đồ tính ô bản số 9

2.3.2 Sơ đồ tính ô bản làm việc một phương : 2

12

l l

³

Các ô bản tính toán theo sơ đồ này là : 4, 9, 12, 13, 14 Cắt một dải bề

rộng 1m theo phương cạnh ngắn Để thiên về an toàn ta chọn sơ đồ tính lần

lượt là dầm đơn giản, dầm 2 đầu ngàm, lấy moment nhịp và gối lớn nhất bố

trí thép

l1

q

Hình 2.3 : Sơ đồ tính bản một phương

2.4 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG :

Tải trọng tác động lên sàn tầng điển hình bao gồm tĩnh tải và hoạt tải

2.4.1 Tĩnh tải :

Tĩnh tải tác động lên sàn tầng điển hình gồm có: trọng lượng bản thân

sàn, trọng lượng bản thân của kết cấu bao che

Trọng lượng bản thân sàn là tải trọng phân bố đều của các lớp cấu tạo

· h i : chiều dày các lớp cấu tạo sàn (m)

· gi : khối lượng riêng (daN/m3)

· n : hệ số tin cậy

Sàn có cấu tạo như sau :

Gạch ceramic dày 2 cm, khối lượng riêng 2000 daN/m , n=1,2 Vữa lót dày 2 cm, khối lượng riêng 1800 daN/m , n = 1,2 Sàn BTCT dày 14 cm, khối lượng riêng 2500 daN/m , n = 1,1 Vữa trát trần dày 2 cm, khối lượng riêng 1800daN/m , n = 1,2

3

3 3 3

Hình 2.4 : Cấu tạo sàn tầng điển hình

Trọng lượng bản thân sàn :

2 i i i 519.4

g =åg dn = (daN/m)

Ngoài ra trọng lượng bản thân g t của kết cấu bao che (các vách ngăn)

được qui về tải phân bố đều t

g : Tải trọng tính toán trên một mét chiều dài tường :

¨ Vách ngăn là tường gạch ống dày 200 mm :

2.4.2 Hoạt tải :

Giá trị hoạt tải sàn được chọn theo chức năng sử dụng của từng loại

phòng Hệ số tin cậy n xác định theo điều 4.3.3 trang 15 TCVN 2737-1995

Ptc < 200 (daN/m2); n = 1.3

Ptc ³ 200 (daN/m2); n = 1.2 Tải trọng phân bố đều lên từng ô sàn được lấy theo bảng 3 mục 4.3.1

Ta có bảng tính toán tải trọng tác dụng lên sàn như sau :

Ô sàn Kích thước (m) Tải trọng tường (daN/m2) (daN/mTLBT 2) Tổng tĩnh tải (daN/m2) (daN/mHoạt tải 2) (daN/mTổng tải 2)

Tùy vào loại bản mà nội lực trong bản sẽ khác nhau Căn cứ vào tỷ số

l : Bản loại dầm

2.5.1 Nội lực ô bản kê 4 cạnh: 2

12

l l

<

Các ô bản kê bốn cạnh lần lượt là ô bản 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11 Các ô

bản này được tính với sơ đồ tính của ô bản số 9 (bốn cạnh ngàm)

Tổng tải trọng phân bố đều tác dụng lên sàn q s =g s+ p s(daN/m2)

Giá trị tổng tải tác dụng lên sàn P= ´ ´q l1 l2 (daN)

· Moment dương lớn nhất ở nhịp theo phương l1 : M1=a1´P

Ta có bảng kết quả nội lực của ô bản kê 4 cạnh :

M1

(daNm /m)

M2

(daNm /m)

Mi

(daNm /m)

Mii

(daNm /m)

l l

³

Các ô bản tính toán theo sơ đồ này là : 4, 9, 12, 13, 14 Ô bản sàn được

tính theo loại bản dầm khi a = l2 / l1 ³ 2 Tính theo từng ô riêng biệt chịu tải

trọng toàn phần theo sơ đồ đàn hồi Cắt 1 dải bề rộng 1(m) theo phương

ngắn để tính nội lực theo sơ đồ dầm liên kết ở 2 đầu và tùy vào sơ đồ làm

việc mà có thể là hai đầu ngàm, đầu ngàm đầu khớp

l1

Mg

q

Hình 2.6 : Sơ đồ tính bản một phương

Tải trọng toàn phần : q = g + p (daN/m2)

Ta có bản kết quả tính moment như sau :

Ô bản Tổng tải q

(daN/m) l2(m) l1(m) 21

l l

Mnh

(daNm/m) (daNm/m)Mg

4 942.2 7.5 3.1 2.419 377.273 754.545

= ; x = -1 (1 2- am); b o

s

s

R bh A

R

xg

= Với :

· b = 100 (cm)

· ho = h – a = 14 - 2 = 12 (cm)

· cường độ tính toán của bê tông B25 Rb = 14.5 (Mpa)

· cường độ tính toán của cốt thép AI Rs = 225 (Mpa)

Để tránh phá hoại giòn nên bảm đảm bảo :

min

s o

A bh

m= ³m Theo TCVN mmin = 0.05%, trong thiết kế bản sàn m= 0.3% ® 0.9%là hợp

lý

2.6.1 Tính cốt thép cho các ô sàn loại bản kê 4 cạnh :

Trên cơ sở đó chúng ta có bảng kết quả tính diện tích cốt thép :

Ô bản Moment

Bảng 2.4 : Kết quả tính toán cốt thép các ô sàn loại bản kê 4 cạnh

2.6.2 Tính toán cốt thép cho các ô sàn loại bản dầm :

Trên cơ sở đó ta có các bảng tính toán moment và cốt thép như sau :

d a

4 Mnh 377.273 0.020 0.020 141.162 6 200 141 0.12 -0.11

Mg 754.545 0.040 0.041 285.309 6 100 283 0.24 -0.81

Mnh 127.528 0.007 0.007 47.394 6 200 141 0.12 197.51

Bảng 2.5 : Kết quả tính toán cốt thép các ô sàn làm việc theo một phương

Cốt thép theo nhịp phương còn lại đặt theo cấu tạo f6 200a

Cốt thép cấu tạo chỗ các gối tựa đặt theo cấu tạo f6 200a

Riêng đối với ô bản 15 có dạng tam giác, không có trong bảng tra, ta tính

như là ô bản vuông có bốn cạnh ngàm, rồi sau đó bố trí cốt thép cho ô bản

thường lấy lượng thép mũ lớn nhất của 2 ô bản kề nhau để bố trí cho gối

giữa 2 ô bản đó

Cách bố trí thép thể hiện trong bản vẽ

2.7 ĐỘ VÕNG SÀN :

Kiểm tra độ võng là một yều cầu hết sức quan trọng trong thiết kế, nếu

tính toán theo công thức sau không thỏa thì phải thiết kế lại từ đầu

w w£ gh Độ võng giới hạnwghtính theo lý thuyết đàn hồi như sau :

1500

2.7.1 Độ võng ô sàn bản kê 4 cạnh :

Độ võng w của bản ngàm 4 cạnh được xác định theo công thức sau :

l ) của ô bản tra bảng ta được a

· q là tổng tải tác dụng lên sàn

· a là chiều dài cạnh ngắn

· D được xác định theo công thức :

3 2

.12(1 m )

=

-b

E h D

l l

Bảng 2.7 : Kết quả tính toán độ võng của các ô sàn bản kê 4 cạnh

2.7.2 Độ võng ô sàn loại bản dầm :

Độ võng w của bản loại dầm được tính theo công thức sau :

1384

Từ các bảng kết quả tính toán độ võng trên, ta nhận thấy công thức

w w£ ghluôn thỏa mãn

Vậy bề dày sàn chọn h s =14 (cm) để thiết kế sàn tầng điển hình là hợp

lý

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ CẦU THANG TẦNG ĐIỂN HÌNH

3.1 SƠ ĐỒ HÌNH HỌC :

3.2 SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CẦU THANG TẦNG ĐIỂN HÌNH :

· Cầu thang dạng bản, chiều cao tầng điển hình là 3.3 (m)

· Chọn hb = 140 (mm)

· Chọn tiết diện dầm chiếu nghỉ là 200x400 (mm)

· Cấu tạo một bậc thang :

3.3.2.1 Tải trọng bản thang :

Cấu tạo bản thang và bậc thang như sau :

Hình 3.4 : Cấu tạo bản thang và bậc thang

b b i td

b b i td

642.66

769.65cos 0.835

g g

Trọng lượng lan can lấy bằng 30 (daN/m) quy ra tải phân bố đều trên

bản thang:

30251.2

p= p n = ´ = (daN/m2)

Tổng tải trọng tác dụng lên bản thang :

1 1 lc 1 769.65 25 360 1154.65

q =g +g + p = + + = (daN/m2)

3.3.2.2 Tải trọng bản chiếu nghỉ:

Gạch ceramic dày 2 cm, khối lượng riêng 2000 daN/m , n=1,2 Vữa lót dày 2 cm, khối lượng riêng 1800 daN/m , n = 1,2 Sàn BTCT dày 14 cm, khối lượng riêng 2500 daN/m , n = 1,1 Vữa trát trần dày 2 cm, khối lượng riêng 1800daN/m , n = 1,2

Hình 3.6 : Biểu đồ moment cầu thang tầng điển hình

Ta chọn nội lực lớn nhất để tính cốt thép như sau:

f> : dùng cốt thép AII có Rs = 280 (Mpa)

Từ giá trị moment tính cốt thép theo công thức sau :

= ; x = -1 (1 2- am); b o

s

s

R bh A

R

xg

= Với b = 100 (cm)

Nhịp 18.73 0.11 0.116 6.24 6.54 10 120 4.8 0.56

Gối 28.50 0.166 0.183 9.81 11.31 12 100 12.43 0.98

Bảng 3.1 : Kết quả tính toán cốt thép bản thang

Cốt thép ngang của bản đặt theo cấu tạo q6 200a

3.3.5 Kiểm tra độ võng của bản thang :

Độ võng giới hạnwghtính theo đàn hồi ứng dụng như sau :

Trong khi đó, độ võng w của bản thang xuất ra từ kết quả giải trên mô

hình trong Etabs là w =0.7cm

Hình 3.7 : độ võng của bản thang

Vậy độ võng thõa mãn w w£ gh, chọn bề dày bản thang h b =14(cm) là

hợp lý

3.4 TÍNH TOÁN DẦM CHIẾU NGHỈ :

3.4.1 Sơ đồ tính :

Sơ đồ tính dầm chiếu nghỉ là dầm đơn giản, có nhịp tính toán là khoảng

cách giữa 2 trục của vách :

Hình 3.8 : Sơ dồ tính dầm chiếu nghỉ

3.4.2 Tải trọng :

Tải trọng tác dụng gồm :

Trọng lượng bản thân dầm :

( ) 0.2 (0.4 0.14) 1.1 2500 143

d d d s b

g =b h -h ng = ´ - ´ ´ = (daN/m)

Tải trọng do bản thang và bản chiếu nghỉ truyền vào, là phản lực tại gối

tựa của bản thang và bản chiếu nghỉ quy về phân bố đều :

Rbt = 65.64 (kN/m) Tổng tải trọng :

f> : dùng cốt thép AII có Rs = 280 (MPa)

Từ giá trị moment tính cốt thép theo công thức :

= ; x = -1 (1 2- am); b o

s

s

R bh A

R

xg

= Với b = 20 (cm)

Bảng 3.2 Kết quả tính toán cốt thép dầm chiếu nghỉ

· Tính cốt đai :

Giá trị lực cắt lớn nhất trong dầm Q = 90.54 (kN)

Kiểm tra điều kiện tính toán :

Q = 90.54 > Qb

ð Cần phải tính cốt đai

Chọn cốt đai f6 có asw = 28.3 (mm2), số nhánh cốt đai là n = 2,

Chọn cốt đai AI có Rsw = 175 (Mpa)

Xác định bước cốt đai :

2 2

2

2 2

4 2 1 0 0 0.9 1.05 200 360

175 2 28.3 236.77( )90540

o w b b b o

(kN)

Q < Qo dầm không bị phá hoại

(Bố trí cốt thép bản sàn và dầm chiếu nghỉ chi tiết trong bản vẽ)

CHƯƠNG 4

THIẾT KẾ KHUNG KHÔNG GIAN

Tính nội lực khung không gian và tính thép cho khung trục 1

4.1 SƠ ĐỒ HÌNH HỌC :

Thiết lập mô hình tính toán với số nhịp, số tầng, chiều cao tầng như bản

vẽ kiến trúc :

* Đáy tầng hầm ở cao trình - 2.25 m

* Tầng hầm cao 3.95 m

* Tầng 1 cao 5 m

* Tầng 2 – 13 cao 3.3 m

* Tầng 14-15 cao 3.5 m

* Mái cao 3.8 m

Hình 4.1 : Mặt bằng tầng điển hình trong mô hình Etabs

4.2 CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CỦA CẤU KIỆN :

Để thiết lập mô hình khung trong Etabs, ta tiến hành sơ bộ chọn sơ bộ

kích thước tiết diện dầm, cột ,vách của công trình

4.2.1 Sơ bộ kích thước dầm :

Chọn sơ bộ kích thước dầm theo công thức thực nghiệm :

4.2.2 Sơ bộ kích thước cột :

Lực dọc tác dụng lên chân cột ở một tầng bất kỳ đang xét

n

s i i i

N =å q S +g

Với:

· N : số tầng kể từ trên xuống

· Qs: tải trọng phân bố trên 1 m2 sàn (ta lấy tải phân bố gần đúng

lên các ô sàn là bằng nhau)

Qs = gs + ps = 512.2+480= 992.2 (daN/m2)»10 ( kN/m2 )

· Si: diện tích truyền tải xuống cột tại một sàn bất ky.ø

· Gi: trọng lượng của cột, dầm nằm trên diện truyền tải

Trong nhà nhiều tầng, càng lên cao ảnh hưởng của lực dọc càng nhỏ nên

tiết diện cột có xu hướng giảm lại, đối với công trình đúc toàn khối, chúng ta

có thể thay đổi tiết diện cột

Tính với mặt bằng tầng điển hình:

Giả sử tiết diện cột đều là là 0.5 x 0.5 (m2)

NFR

= Tính toán sơ bộ tiết diện cột xem chi tiết phụ lục 2

Từ đó ta có bảng kết quả sơ bộ tiết diện cột như sau :

Bảng 4.1 : Kết quả tính toán sơ bộ tiết diện cột

Đây chỉ là kết quả tiết diện cột sơ bộ để chạy mô hình trong Etabs, sau

khi có nội lực từ Etabs tiến hành tính toán cột thép với tiết diện đã chọn

Nếu cốt thép tính toán không hợp lý ta tiến hành điều chỉnh lại tiết diệân cột,

chạy lại mô hình Etabs đến khi có tiết diện cột và cốt thép hợp lý

4.2.3 Sơ bộ tiết diện vách :

Lõi cứng : các vách lõi cứng có tiết diện như bản vẽ kiến trúc với bề

dày lần lượt là 350 mm, 300 mm, 250 mm, 200 mm

Vách cứng tường biên : có tiết diện là 1800x400 (mm)

4.3 SƠ ĐỒ TÍNH, MÔ HÌNH KHI GIẢI BẰNG PHẦN MỀM ETABS :

Khung làm việc theo sơ đồ khung không gian.đĐối với khung bê tông cốt

thép toàn khối, sơ đồ tính của khung được thể hiện là trục của cột và trục

của dầm Trong luận văn này, sơ đồ tính của công trình là sơ đồ khung

không gian, được giải bằng phần mềm Etabs 8.4.8

Ø Các liên kết ở chân cột: ngàm tại cao trình mặt móng

Ø Các nút khung được xem là nút cứng

Hình 4.1 : Sơ đồ tính khung không gian

4.4 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG :

Tải trọng tác dụng lên hệ khung chịu lực bao gồm tải trọng đứng và tải

trọng ngang (ở đây chỉ tính với tải trọng gió)

4.4.1 Tải trọng đứng:

4.4.1.1 Tĩnh tải :

Tĩnh tải gồm có trọng lượng bản thân sàn và trọng lượng tường xây trên

sàn, trọng lượng bản thân dầm, trọng lượng tường xây trên dầm

Trong các phần mềm tính toán hiện nay, chúng ta không cần khai báo

trọng lượng bản thân của bản BTCT, giá trị này sẽ được tự động tính toán

khi chúng ta khai báo trong Etabs bằng cách:

Định nghĩa các thông số của bêtông Define ® material properties…, ở

mục weight per unit volume chúng ta khai báo là 25 (kN/m3)

Khai báo hệ số Self Weight Multiplier = 1.1 trong phần khai báo tĩnh tải

Tĩnh tải gán lên sàn :

Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn : ( không tính bản BTCT ) :

Các lớp cấu tạo d

(m)

g(daN/m3)

Vữa lót sàn 0.02 1800 36 1.1 39.6

Vữa trát trần 0.02 1800 36 1.1 39.6

Bảng 4.2 : Tĩnh tải cấu tạo sàn (không có bản BTCT)

Trên các ô bản sàn còn có trọng lượng tường xây vách ngăn, ta quy đổi

thành lực phân bố đều và gán trên sàn (đã tính ở bảng 2.1 mục 2.4 chương

2)

Ta có tổng tĩnh tải gán lên sàn tầng đđiển hình như sau :

Ô sàn Tải tường

(kN/m2) Các lớp cấu tạo (kN/m2) (kN/mTổng 2)

Bảng 4.3 : Tổng tĩnh tải tác dụng lên sàn tầng điển hình

Tĩnh tải tác dụng lên dầm :

Giá trị tải tường dày 100 gán lên công trình :

Q=1.1x18x3.3x0.1 = 6.53 (kN/m) Tại vị trí các dầm biên có tường bao che dày 200, gán tải tường :

Q =1.1 x18 x 3.3 x 0.2 = 13.1 (kN/m) Tại sân thượng tường bao che cao 2m tải tường gán lên dầm là :

Q =1.1 x18 x 2 x 0.2 = 7.92 ( kN/m) Tải trọng tường xây bao quanh sân chung (tầng 5,6: tầng 11,12) giả sử

cao 1.5 m:

Q =1.1 x18 x 1.55 x 0.2 = 5.94 ( kN/m) 4.4.1.2 Hoạt tải :

Hoạt tải sàn mái là hoạt tải sửa chữa sàn lõi cứng :

Ptc= 0.75 (kN/m2);

Ptt = 0.75x1.3 = 0.975 (kN/m2)

Hoạt tải sàn sân thượng: Ptc= 1.5 kN/m2; Ptt = 1.5x1.3 = 1.95 (kN/m2)

Hoạt tải sàn tầng 1 (khu thương mại):

Bảng 4.4 : Hoạt tải tác dụng lên sàn tầng điển hình

4.4.2 Tải trọng gió :

Đối với nhà cao tầng cao trên 40m, khi tính tải trọng gió phải kể đến

thành phần động của tải trọng gió Vậy tải trọng gió bao gồm 2 thành phần :

thành phần tĩnh và thành phần động

Vì công trình được mô hình với chân cột của công trình ngàm tại mặt

móng có cao độ là cao độ sàn tầng hầm nên ta chỉ tính gió bắt đầu từ tầng

1(tức là story2 trong mô hình)

· W0 =95 12- =83(daN/m2) (công trình nằm ở khu vực tp Hồ Chí

Minh tra bảng phân vùng áp lực gió theo TCVN 2737:1995)

· k z( )j là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo chiều cao

Các bước tính thành phần động của tải trọng gió:

Thành phần động của tải gió được tính toán theo TCXD 229:1999

· Bước 1: xác định các tần số dao động riêng của công trình fi.

· Bước 2: xác định tần số dao động cần tính toán:

Nếu fi < fl <fs+1 thì theo TCXD 229-1999, ta chỉ cần tính toán thành phần

động của tải trọng gió ứng với s mode đầu tiên

Ta có giá trị giới hạn của tầng số dao động riêng fl ứng với gió vùng II

và độ giảm loga của d =0.3 ứng với công trình bêtông cốt thép: fl=1.3

· Bước 3: xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng

gió được tính theo công thức khác nhau tùy thuộc vào tần số dao

động vừa tính toán

Dựa vào tiêu chuẩn tính toán như trên ta tiến hành tính toán các bươc

như sau

· Bước 1 : Xác định tần số dao động riêng của công trình :

Thiết lập mô hình trong Etabs xác định các dạng (mode) dao động công

trình và các tần số dao động

Bảng4.6 : Các tầng số dao động của công trình

· Bước 2 : Xác định tần số dao động cần tính toán :

Dựa vào tần số dao động vừa tính được ta thấy f3=0.6789<fl=1.3<f4

=1.81849 thỏa mãn điều 4.4 tiêu chuẩn 229:1999 nên ta tính toán gió động

với 3 dạng đầu tiên trong đó mode 1 là gió theo phương trục y, mode 2, 3 là

gió theo phương trục x

· Bước 3 : vì tần số dao động thỏa mãn điều là fs<fl<fs+1 TCXD

229:1999 nên giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió

xác định theo công thức (4.3) điều 4.5 TCXD 229:1999

Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần

thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ i được xác định theo công thức :

P ji j i i ji

W =M ´ ´ ´y

Trong đó :

· W p ij( ) : lực, đơn vị tính toán tùy theo đơn vị tính toán của Wfj

trong công thức tính hệ số yi

· Mj : khối lượng tập trung của phần công trình thứ j

· xi : hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i Phụ thuộc

vào thông số ei và độ giảm loga của dao động d =0.3)

Trong đó :

· g =1.2 là hệ số tin cậy của tải trọng gió,

· W0 : giá trị áp lực gió tính bằng đơn vị ( 2

Bảng 4.7 : Kết quả tính toán hệ số xj

· yji : dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ

j ứng với dạng dao động thứ i

· yi : 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 không đổi

1 2 1

=

= å å

n

ij Fj j

i n

ij j j

y W

y M

Trong đó :

¨ yij, Mj : như ghi chú phía trên

¨ W Fj : là giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên thành phần thứ j của công trình ứng với các dạng dao động khác nhau khi chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió, có thứ nguyên là lực xác định theo công thức :

Ø u: là hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió, ứng với các dạng dao dộng khác nhau của công trình, phụ thuộc kích thước mặt đón gió, trong đó với gió phương x, r = ,L c = H , với gió phương

Bảng 4.8 : Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió u

Ø zj là hệ số áp lực động của tải trọng gió tra bảng phụ thuộc vào cao độ z jvà dạng địa hình, được lấy theo bảng 3 TCXD 229:1999 Kết quả tính như bảng sau : Tầng Z(m) z

Mái 57.1 0.26816 Sân thượng 53.3 0.26968

Ø Sj : diện tích đón gió phần thứ j của công trình (m2)

Từ các công thức tính toán thiết lập ở trên ta tiến hành tính toán và có

các bảng tính như sau :

Tầng Z (m) Mj (kN)

Uy yij Ux yij Ux yij

Bảng 4.10 : Chuyển dịch ngang tỉ đối tại các tầng

v Tính toán gió động theo phương y (mode 1) :

Tổng 706.27 12837.12

Bảng 4.11 : Tính gió động theo phương y (mode 1)

v Tính toán gió động theo phương x (mode 2, mode 3) :

13 167.56 0.714 0.510 2578.82 0.289 43.97 31.41 1315.78 0.034 121.54

14 169.09 0.786 0.617 2587.37 0.294 45.08 35.42 1597.25 0.034 134.13

15 170.72 0.857 0.735 2597.22 0.298 49.03 42.02 1907.97 0.034 146.88 Sthượng 172.35 0.857 0.735 1930.34 0.303 50.26 43.08 1418.07 0.034 109.17 Mái 174.11 1.000 1.000 240.07 0.313 56.93 56.93 240.07 0.034 15.84

360.73 10712.31 Bảng 4.13 : Tính toán gió động theo phương x (mode 3)

Từ giá trị gió tĩnh và gió động tính được ta có bảng thành phần tải trọng

không thể biết chắc chắn rằng tải trọng gió sẽ tác động vào đâu, theo các lý

thuyết gần đúng, chúng ta có thể cho tải trọng gió tác dụng vào sàn, sau đó

thông qua hệ thống sàn toàn khối sẽ phân phối nội lực cho kết cấu chịu lực

chính

Trong các phần mềm phân tích kết cấu khác, chúng ta thường khai báo

tải gió tác dụng lên dầm biên của sàn, nhưng trong Etabs chúng ta có thể

xác định được trọng tâm hình học của sàn, do đó chúng ta có thể quy đổi các

tải phân bố này thành các tải tập trung tác dụng lên sàn mà vẫn không thay

đổi giá trị nội lực sau cùng Với cách đặt tải này, chúng ta có thể thao tác

nhanh chóng hơn so với các phần mềm khác

Sau khi có được kết quả áp lực gió ở các cao độ từng sàn, căn cứ vào

chiều cao

Tầng và kích thước mặt đón gió, chúng ta có thể xác định tải gió tổng hợp

tập trung tác dụng lên tâm hình học của sàn

4.5 TỔ HỢÏP NỘI LỰC :

4.5.1 Các trường hợp tải

1 Tĩnh tải chất đầy

2 Hoạt tải chất đầy

3 Gió x dương ( cùng chiều trục x )

4 Gió x âm (ngược chiều trục x )

5 Gió y dương ( cùng chiều trục y )

6 Gió y dương (ngược chiều trục y )

4.5.2 Các tổ hợp nội lực :

Tổ hợp Trường hợp tải Hệ số tương ứng