Thi công nhà cao tầng - Bê tông, cốt thép: Phần 1

neo TT TRUNG TÂM ĐÀO TẠO XÂY DỰNG VIETCONS 'CHƯƠNG TRÌNH - MỖI NGÀY MỘT CUỐN SÁCH n + NHÀ A0 TÄNG BÊTÔNG - CỐT THÉP Pn oe nor] ee eo et ee Vv viETcons ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Sarat TRUONG DAI HOC BACH KHOA Võ Bá Tầm = O2.04- 2048 NHA CAO TANG BETONG - COT THEP (Tái ban lần thứ nhất) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HO CHi MINH - 2012 MUC LUC MIETCONS LOI NOI BAU Chwong KHAINIEM CHUNG VE NHA CAO TANG L1 Giéithiguchung 1.2 Các yêu cầu thiết kế nha cao ting 1.3 Phan loai : Chwong NGUYEN LY THIET KE VA CAU TAO NHA CAO TANG 8 14 2.1 Giới thiệu chung 14 2.3 Khe co đãn, khe nhiệt, khe lún, khe kháng chấn 2.5 Sơ đồ làm việc nha cao ting 21 39 2.2 Những nguyên tắc thiết kế nhà cao tằng 2.6 Tang ham 2.7 Cơ sở thiết kế kết cấu nhà cao tầng, 2.8 Nguyên tắc cấu tạo Chwong 3, TAITRQNG TÁC ĐỘNG LÊN NHÀ CAO TẦNG 3.1 Tải trọng đứng 3.2 Chọn chiều dày sàn nhà cao tằng 3.3 3.4 3.5 3.6 14 40 40 41 58 58 59 Chọn sơ kích thước cột hệ chịu lực khung Kich thước cột hệ chịu lực khung - vách (lõi) Xây dựng mơ hình tính tốn ETABS Tai trọng động 59 60 61 3.8 Phuong trinh vi phân dao động dẦm có có n bậc tự 3.9 Tai gió 3.10 Xác định đặc trưng động lực 3.11 Điều chỉnh mơ hình tính tốn 65 66 3.7 Phương trình vi phân dao động tổng quát dầm có bậc tự 3.12 Xác định tần số dao động phần mềm sap, ETABS 3.13 Tai gié 3.14 Giá trị tính tốn thành phần động tải trọng gió 3.15 Tổ hợp nội lye tai gid” 64 96 97 101 110 3.16 Tính tần số đao động từ etabs 3.17 Tai động đất 1H 123 3.20 Số dạng dao động cần xét đến tính tốn động đất 139 3.22 Té hop tai cho nha cao ting 142 3.18 Phản ứng cơng trình tác dụng động đắt 3.19 Các phương pháp xác định tải trọng động đất 3⁄21 Tổ hợp tải trọng động đất theo hai phương, Trung tâm đào lạo xây dựng VIETCONS, ‘npn vietcons arg 131 132 140 Chương TÍNH TỐN KẾT CÂU NHÀ CAO TÀNG 4.1 Khái niệm chung 4.2 Các giả thiết 4.3 Tính tốn hệ chịu lực theo sơ đồ giằng (phương pháp khandzi) 4.4 4.5 4.7 4.7 Phân phối mômen vào vách cứng thứ ì Các đặc trưng hình học Mơmen qn tính Mơmen qn tính tính tốn Chương TÍNH TỐN CỐT THÉP CẤU KIỆN CHỊU LỰC NHA CAO TANG 5.1 Tinh toán cốt thép cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên 5.2 Phương pháp tính tốn cốt thép cột 5.3 Tính tốn cốt đai cột 5.4 Lập biểu đồ tương tác 5.5 Vách cứng 153 153 156 159 189 189 190 193 202 6.1 Các giả thiết tính tốn 210 210 210 6.2 Trọng lửợng cực hạn nhà 6.3 Đặc trưng mặt nhà 6.4 Ảnh hưởng uốn dọc tải trọng 6.5 Giới hạn chuyển vị ngang kết cấu nhà cao tầng 6.6 Kiểm tra đặc trưng động học 6.7 Kiểm tra ổn định nghiêng lật cơng trình Phụ lục, Trung tâm đào lạo xây dựng VIETCONS, 148 149 195 ỹ Chương KIỀM TRA ỊN ĐỊNH TƠNG THÊ NHÀ CAO TÂNG TÀI LIỆU THAM KHẢO 147 : 212 215 216 216 217 218 247 VIETCONS LOI NOI ĐẦU Cuốn “Nhà cao tầng bê tông cốt thép” biên soạn dựa vào đề cương môn học “Nhà nhiều tầng bê tông cốt thép” [1] dựa tảng "tài liệu tham khảo” nước [1]-[19], tác giả cố gắng chọn lọc, xếp, bồ sung, hoàn thiện hệ thống lại phần có liên quan trực điệp đến mơn học kê hình ảnh họa ˆ trích tie mang internet Nội dung trình bày ngun tắc việc lựa chọn giải pháp kiến trúc - kết cắu phù hợp cho nhà cao tâng, tìm hiểu chất làm việc phạm vị ứng dụng loại kết cấu Nguyên lý thiết kế cấu tạo nhà cao tầng đặc biệt công trình có xét đến động đất, động thời tác giả đề cập đến phương pháp tính tốn nhà cao tằng: từ mơ hình tính tốn, tải trọng tác dụng, tơ hợp nội lực, phương pháp tính cốt thép cho cấu kiện bê tông cốt thép, dùng phổ biên nay: dùng phần mềm chuyên dụng để tính tốn, kế phương pháp tính điển, nhằm trang bị cho sinh viên kiếm thức để xử lý kết tính tốn từ phẩn mềm Tài liệu giúp ích cho sinh viên có thêm tài liệu tham phục vụ cho mơn học “Nhà nhiều tằng bê tông cốt thép”, đối khảo trình học tập, với sinh viên ngành xây dựng trường đại học, tài liệu tham khảo, nghiên cứu làm đỗ án tốt nghiệp sinh viên ngành xây dựng, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho kỹ sư thiết kế cơng trình Với tâm huyết, nhiệt tinh cố gắng biên soạn tài liệu chủ yếu dựa vào tài liệu tham khảo [1]-[19] để phục vụ cho môn học “Nhà nhiều tằng bê tông cốt thép”, đặc biệt nguyên lý cấu tạo cơng trình có xét đắn kháng chắn cân bồ sung, nghiên cứu thêm, đo khó tránh khỏi thiểu sói, tác giả rắt mong nhận ý kiến đóng góp q báu, chân tình bạn đọc để tiếp tục hồn thiện sách Chân thành cảm ơn Thây cô, bạn nhiệt tình giúp đỡ động viên để hồn thành Mại ý kiến đồng góp xin gởi Bộ mơn Cơng trình - Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, số 268 Lý Thường Kiệt, Q 10 Điện thoại: (08)8 650 714 My Tác giá Võ Bá Tâm VIETCONS Chương KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NHA CAO TANG 1.1 GIG! THIEU CHUNG Việt Nam năm giới, với đà phát triển khoa nhà cho thuê tăng cao Các tòa nước làm cho mặt đê tầng tất yếu Nhà cao tầng trở thành kỹ thuật gần đây, với việc học kỹ thuật nước nhà cao tằng phát thị ngày đổi mở cửa kinh tế, hội nhập với nhà, nhu cầu phát triển nhà ở, khách triển mạnh khắp tỉnh, thành không ngừng, việc phát triển nhà sạn, phố cao biểu tượng điển hình văn minh tiến khoa học Nguyên nhân chủ yếu định phát triển xây dựng nhà cao tằng do: ~ Dân số tinh, thành phố tăng nhanh: nhu cầu nhà lớn, văi phòng làm việc khách sạn chưa đáp ứng đủ nhu cầu - Diện tích đất xây dựng thiếu trầm trọng giá đất xây dựng tăng nhanh chóng - Với việc hội nhập với giới, áp đụng khoa học kỹ thuật xây dựng phát triển nhanh chóng, có đủ lực để thiết kế thi công nhà cao tầng ngang với nước khu vực Những công trình xếp vào loại nhà cao tằng ? Hiện chưa có câu trả lời xác, rõ ràng tất người thừa nhận Định nghĩa nhà cao tầng thay đổi nước: tùy thuộc vào phát triển khoa học kỹ thuật, kinh tế, xã hội ứng dụng công nghệ nước đó, Có thể định nghĩa nhà cao ting nhu sau: Một cơng trình xem 1a nha cao ting chiều cao định điều kiện thiết kế, thỉ công sử dụng khác với nhà thông thường iy Ban nha cao tng Quéc tế: phân loại nha cao tầng theo chiều cao -Loail :từ9 đến 16 tằng (chiều cao nhà H < 50m) ~ Loại II : từ 17 đến 22 tầng (chiều cao nhà H = 50 - 70m) - Loại III : từ 26 đến 40 tầng (chiều cao nhà H = 75 - 100m) ~ Loại IV : siêu cao tằng >40 tẳng (chiều cao nhà H >100m) Trung tâm đào tạo xây dựng VIETDONS Hlp/antnw.vietoons arg CHUONG Theo TCXD 198 — 1997: nhà cao tầng có chiều cao > 40m 'Nhà thấp tầng thiết kế kiến trúc có vai trò quan trọng thiết kế kết cấu, nhà cao tầng với thiết kế kiến trúc, thiết kế kết cầu có vai trị quan trọng định đến khả chịu lực, bền vững, ổn định cho cơng trình Tiêu chuẩn nhà cao tầng có yêu cầu kỹ thuật cao nhà thấp ting: 1- Tiêu chuẩn phịng cháy: ~ Có tiêu chuẩn báo cháy tự động, có cháy thang máy ngưng hoạt động - Hệ thống báo cháy báo cho người tầng đưới hai tầng cao hơn, tẳng xảy cố, có xe thang biêm - Mỗi phịng có hệ thống báo chữa cháy riêng 2- Tiêu chuẩn đệu xe: bốn phịng có xe 3- Tiêu chuẩn vệ sinh: nước sinh hoạt phải xử lý trước thải hệ thống thoát nước thành phố š 1.2 CÁC YÊU GẨU KHI THIẾT KẾ NHA‘CAO TANG - Yếu tổ hình khối nhà: đơn giản, đặn, đối xứng, liên tục - Tải trọng: Tải ngang (tải trọng.ai tĩnh + gió động, động đất ) yếu tố quan trọng thiết kế kết câu nha cao ting, né quyét định nội lực chuyển vị cơng trình - Hạn chế chuyển vị ngang: Nêu chuyển vị ngang lớn làm tăng giá trị nội lực độ lệch tâm tăng theo, làm hư phận phi kết cấu (tường), làm tặng dao động nhà, làm cho người cảm giác khó chịu hoảng sợ, làm mắt ổn định tổng thể nhà Chuyển vị ngang nhà không vượt giới hạn cho phép ~ Nhà cao tằng phải có khả kháng chắn cao (chống động đấu): Tài trọng động đắt yếu tố thiết kế kết cấu: không hư hại động đất nhẹ, hư hại nhận không quan trọng động đắt vừa, hư hại khơng sụp đồ động đất mạnh - Kết cấu chịu lực phương đứng phương ngang phải chọn bồ trí cho hợp lý (khung, vách, lõi cứng ): cần cỏ độ dẻo cao (kết cấu xuất biển dạng đẻo) có khả hắp thụ tiêu tán lượng động đắt xảy ra, kết cầu trì sức chịu tải mà khơng bị sụp đổ - Giảm trọn; lượng thân có ý nghĩa quan trọng nhà thắp tầng: giảm tải trọng truyền xuống móng, giảm lực động đất, giảm giá thành đồng thời tăng độ an toàn thời gian sử dụng ~ Có khả chịu lửa cao, hiểm an tồn Có độ bền, tuổi thọ cao tasiMóng,phải:phùnhợp 1una ‘pwn vietcons.arg tt ki KHÁI NIỆM GHUNG VỀ NHÀ 0A0 TẦNG 1:3 PHÂN LOẠI *Ý Được phân theo nhiều cách 1.3.1 Theo yêu cầu sử dụng - Nhà ~ Nhà làm việc dịch vụ khác ~ Khách sạn 1.32 Theo hình đáng ~ Nhà dạng tháp ~ Nhà dạng 133 Theo vật liệu ~ Nhà bê tông cốt thép ~ Nhà thép - Nhà hỗn hợp thép - bê tông cốt thép L 1.3.4 Theo dạng kết cấu chịu lực - Kết cầu khung - Kết cầu tắm (vách) n a "„ o_ n it Ộ g - Kết cầu hệ lõi - Kết cấu hệ ống - Két cdu hop 'Về vật liệu: Nhà cao tầng thường dùng vật liệu sau: k wu thép, bê tông cốt thép thường, bê tông cốt thép dự ứng lực, kết cấu tô hợp thép - bê tông Về sơ đồ làm việc cấu tạo, phân làm loại sau: kết cầu bản, kết cầu hỗn hợp kếtcấuđặc biệt - Kết cấu gồm: kết cấu khung, kết cấu tường (vách) chịu lực, kết cấu lõi kết cấu ống Kết cầu hỗn hợp có kết hợp dạng kết cấu lạiđể chịu tải, bao gồm: kết cấu khung - giằng, kết cấu khung - vách, kết cầu ống -lõi, kết cầu ống tổ hợp - Kết cấu đặc biệt pom: kết cấu có dầm truyền, kết cấu có tầng cứng, kết cấu có giằng liên tầng, kết cấu có hệ khung ghép fi Vách Khung Noy CC Ống Hình 1.1 Sơ đồ tổ hợp hệ chịu lực nhà cao tang Trung tâm đào tạo xây dựng VIETDONS lp/atnaw.vietoons or 10 CHUONG Dựa vào tinh chat chịu lực cách cấu tạo hệ két cấu khung nhà cao tằng, người ta phân biệt theo hai hệ chủ yếu: hệ kết cấu khung cứng hệ ệ khung giằng, Hệ khung cứng gồm cột dằm liên kết cứng với tạo thành khung phẳng khung khơng gian: tiếp thu tài trọng ngang tải trọng đứng tác động vào nhà Hệ khung giằng kết cấu hỗn hợp bao gdm hệ khung kết cấu hệ tắm thắng đứng (vách, lõi) liên kết với hệ thông năm ngang (sàn cứng): đặc điểm hệ hệ khung chịu tải trọng đứng chịu phần nhỏ tải trọng ngang, vách cứng (lõi) chịu toàn tải trọng ngan + Đối với nhà cao tằng nội lực kết cấu sinh chủ yếu tải trọng ngang, nên tắm cứng (vách, lõi) có vai trị định bảo đảm én định tổng thể, độ nghiêng, độ uốn tồn ngơi nhà Các kết cấu chịu lực phải bố trí cho tâm cứng gần trùng với trọng tâm nhà: dể giảm mô men xoắn tải trọng gây Hệ tường cứng (vách, lõi) làm việc conson agảm vào móng, bố trí liên tục suốt chiều cao nhà, Nếu hệ tường cứng chí mộttắm gọi tường cứng phẳng (vách cứng) tường bêtơng cốt thép, tiết diện ngang hình chữ nhật Nếu tiết diện ngang tường cứng có dạng chữ „ khơng khép kín gọi hệ tường cứng hở Nếu tiết điện ngang có dạng đa giác khép kín gợi lõi cứng Khác với nhà tằng, sản chịu tái thẳng đứng, sản nhà cao tầng xem sản cứng: cấu tạo cho đủ độ cứng để không bị biến dạng mặt phẳng nằm ngang truyền toàn tai ngang vào hệ thống tường cứng theo phương đứng (vách, lõi) “Theo kinh nghiệm thiết kế nhà cao tầng có hệ kết cấu hỗn hợp: khung ~vách (öi) cho thấy hệ tường cứng (vách, lõi), bồ trí bợp lý hệ tường cứng tiếp thu tới 85 ~ 95% toàn nội lực tải trọng ngang gây ra: việc nhằm chủ yếu để chịu tải trọng ngang trí hệ tường cứng nhà nhiều tầng, Trong xây dụng nhà cao tầng, việc sử dụng vật liệu cho kết cấu chịu lực kết cầu bao che có đồi hỏi định Trong nhà cao tầng, cấu kiện chịu tải trọng thăng đứng tải trọng ngang lớ nén, cắt cao: Bêtơng có cáp độ bên từ B25 đến B60, cốt thép có giới hạn chảy tử 300Mpa trở lên Đề đủ khả chịu lực, vật liệu dùng kết cấu nhà cao ting cần có cấp độ bên chịu ké Bêtông cốt thép thường dùng nhà 30 tầng, nha cao trén 30 ting thiết phải dùng bêtơng có cấp độ bền cao, bêtơng dự ứng lực hay bêtông cốt cúng dùng kết cấu thép hay kết cấu bêtông -thép liên hợp K thân ấu bao che nên dùng vật liệu nhẹ, có khối lượng riêng nhỏ để giảm trọng lượng Một vài nhận xét thiết kế thi công nhà cao ting da xéy dung tai VN: Kết cấu nhà nhiều ting Việt Nam chủ yếu sử dụng hệ kết cấu khung, vách lõi ee kaso: cơng trình Hotel Nikko & Ha N6i 17 tang str dung khung chịu lực VG1 KHÁI NIỆM HUNG VỀ NHA CAO TANG tưi túy, số cơng trình sử dụng sàn không dầm bê tông cốt thép bê tông cốt lắng Lé Duan TP HCM 23 tầng sử dụng toàn kết cấu thép tắng ong uốn : để liên Lõi lực 11 thép dự ứng lực Hầu hết cơng trình sử dụng BTCT, có Trung tâm thương mại 14 Một số nhà cao tầng có từ:1:đến tầng hằm Do nhu cẦu khách sạn, nhà ở, văn phòng làm việc nên năm qua loạt nhà cao tằng xây dựng Hà Nội TP HCM số thành phố khác 1- Ở Hà Nội: Khách sạn Thăng Long, Khách sạn K5 Nghỉ Tâm 22 tầng, Hà Nội Tower 24 tẳng, Sofitel Plaza Hanoi 19 tầng, Vietcombank Tower 22 ting Khách san HANOI Melia Hotel 22 tang 2-6 TP HCM: Sai Gdn Tower 18 tang, Trung tém thuong mai Sai Gon 33 tang, New world 14 tang, Trung tâm thương mại 14 Lê Dudn 23 tang Thuận kiều Plaza 33tằng Bitexco Financial Tower 45 Ngô Đức Ké 68 tang 182 HƯƠNG Dưới tác dụng động đất, móng cơng trình (được giả thiết khối tuyệt đối cứng) chịu di chuyển tịnh tiến ngang y,„(t) với đất Kết quả, thời điểm, khối lượng m, thực chuyển vị theo y,(t) với đắt chuyển vị tương đối y;(t) so với móng (H.3.60) Chuyển vị tuyệt đối khối lương m, y„(9)+ y,() Lực quán tính tác dụng lên khối lượng m, Et ==m,[ÿ,(0+ÿ,(9] (3.148) Khi biết chuyển vị tương đối, xắt định vận tốc tương đối ÿ„(t) va gia tốc tuyệt đối ÿ,(t)+ÿ„(9 dạng dao động chính, đồng thời xác định lực quán tinh m,[¥,(t) +9, (t)] tde dụng lên khối lượng m, dang dao động Lực quán tỉnh gọi lực động đất tác dụng lên cơng trình điểm tập trung : khối lượng mụ 3.19 CAC PHUONG PHAP XAC BINH TAI TRONG BONG BAT [8] Theo TCXDVN 375-2006'ta có phương pháp phân tích sau: ¢ Phuong pháp phân tích đàn hỗi tuyến tính: -_ Phương pháp “phân tích phổ phản ứng dạng dao động” ~ Phương pháp “phân tích tinh lực ngang tương đương”, ¢ Phuong pháp phi tuyến: ~_ Phương pháp tĩnh phi tuyến ~ Phương pháp phi tuyến theo thời gian 3.19 Phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng đao động Trước hết, theo cách tính thơng thường, xác định chu kỳ dao động cho dạng dao động hệ kết cấu gia tốc cực đại ứng với chu sở này, kỹ thuật phân dao động Phản ứng Tiếp từ phổ phản ứng động đất cho trước, xác định phổ kỳ dao động hệ số cản tới hạn dao động Trên tích dạng, xác định phản ứng lớn hệ kết cầu dang toàn phần hệ kết cầu xác định theo phương pháp tỏ hợp thống kê phản ứng lớn dạng dao động iu diễm phương pháp phổ phản ứng tính tốn nhanh, đơn giản cho kết tính tốn với độ xác có thẻ chấp nhận 3.19.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương: Phương pháp tinh lyre ngang tương đương phương pháp lực qn tính động đất sinh tác động lên cơng trình theo phương ngang thay tĩnh lực ngang tương đương Phần lớn cơng trình xây dựng thơng thường thiết kế kháng chấn sử dụng phương pháp để tính tốn Lực ngang có tên lực cắt đáy lực cắt chân công trình, phân phối trở lạichiều:cao:cơ tên ngetrình vị trí có khối lượng tập trung, thường cao trình sàn ‘htto Awww vietcons org TAI TRONG TAC ĐỘNG LÊN NHÀ cao TANG 133 Phương pháp phân tích áp dụng cho nhà mà phản ứng khơng chịu ảnh hướng đáng kể dạng dao động bậc cao dang dao động phương Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương khơng áp dụng cho cơng trình có hình dạng khơng đặn có phân bổ khôi lượng độ cứng không mặt chiều cao, 3.19.3 Phương pháp tĩnh phi tuyến Được thực điều kiện lực trọng trường không đổi tải trọng nằm ngang tăng cách đơn điệu Phương pháp áp dụng để kiểm trạ tính kết cấu nhà hữu nhà thiết kế với mục đích sau: ~ Để kiểm tra đánh g:á lại tỉ số cường độ - ĐỂ xác định cấu đẻo dự kiến phân bố hư hỏng - Để đánh giá tính kết cấu nhà hữu cải tạo theo mục tiêu tiêu chuẩn liên quan Sử dụng phương pháp thiết kế thay cho phương pháp phân tích đàn hồi-tuyến tính có sử dụng hệ số ứng xử q 3.19.4 Phương pháp phi tuyến theo thời gian Phản ứng phụ thuộc thời gian kết cấu xác cách phân tích theo lịch sử thời gian phương trình vi phân chuyển động nó, định sử dụng giản đồ gia tốc biểu thị chuyển động cho mục 4.3.3.4.3 TCVN 375-2006, 3.19.5 Phương pháp xác định tải trọng động đất theo TCXDVN 375-2006 tính Để tính tốn tải trọng động đắt cần tiến hành xác định thông số phục vụ cho việc tải trọng động đất theo TCXDVN 375-2006 1- Xác định loại đất nền: có loại đất nền: loại A; TCXDVN 375-2006) ; St; S2 (xem bảng 3.1 2- Xác định tỷ số a,p/g đó: _ ase/g - đỉnh gia tốc tham chiếu địa điểm xây dựng công trình (xem bảng phân vùng gia tốc theo địa danh hành chính; phụ lục I (TCXDVN 375-2006) Ø - gia tốc trọng trường g«=,9,8lưm/ s2 3- Xác định hệ số tầm quan trọng Trong thực tế, cơng trình xây dựng chia thành cấp tùy thuộc vào khả gây guy hại cho tính mạng người trường hợp cơng trình bị sụp đỏ hệ kinh tế xã hội mà gây (tra bảng 5.3 TCXDVN 375-2006) 4- Giá trị gia tốc đỉnh đất thiết kế ay Gia tốc đỉnh đất thiết kế ứng với trạng thái cực hạn tính sau: Trung tâm đào tạo xây dựng VIETDONS, Hlp/aaw.vietoons arg (3.149) CHUONG 134 (Theo quy định TCXDVN 375-2006) thì: a, > 0,08g : động đất mạnh phải thiết kế kháng chấn 0,04g