Lựa chọn phương án sau đó tiến hành tính toán và thiết kế kết cấu cho nhà cao tầng, phạm vi tính toán và thiết kế thuộc phạm bài tiểu luận bộ môn kết cấu nhà cao tầng thuộc môn học ngành kỹ thuật xây dựng.
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH
- Tên dự án: Charm Plaza.
- Chủ đầu tư: DCT Group.
- Thiết kế kiến trúc: Tập đoàn Fossco (Hàn Quốc)
- Thiết kế kết cấu: POSCO E&C Việt Nam.
- Thi công: POSCO E&C Việt Nam.
- Vị trí công trình: Tại ngã tư 550 đường DT 743B, huyện Dĩ An, tỉnh Bình Dương.
Vị trí thuận lợi của khu vực nằm gần Quốc Lộ 1 và Quốc Lộ 13, chỉ cách quận Thủ Đức 3 km, tạo điều kiện kết nối dễ dàng với các khu công nghiệp lớn như Vietnam-Singapore, Sóng Thần, Đồng An và Nam Tân Uyên.
- Số tầng: 20 tầng nổi, 1 tầng hầm Với chiều cao: 75.5 (m)+ cộng thêm 25 m để tính toán suy ra tổng chiều cao là 100,5 m
- Cấp công trình: cấp II.
- Niên hạn sử dụng: 100 năm
- Loại công trình: công trình dân dụng.
Bình Dương, một trong ba mũi nhọn của tam giác phụ cận TPHCM, đang dẫn đầu về tốc độ phát triển kinh tế xã hội tại Việt Nam Với quy hoạch mạng lưới khu công nghiệp rộng lớn và đa dạng, tỉnh này thu hút nhiều tập đoàn, doanh nghiệp và nhà máy, góp phần nâng cao thu nhập cho người lao động, đặc biệt là những người có trình độ cao và các chuyên gia nước ngoài.
Khi nền kinh tế ổn định và mức sống của người lao động được cải thiện, nhu cầu về một nơi an cư lý tưởng với môi trường sống hiện đại, tiện nghi và lành mạnh trở thành một yêu cầu thiết yếu.
Bình Dương hiện có hơn 1.800 dự án đầu tư nước ngoài với trên 15.000 chuyên gia làm việc, tạo ra nhu cầu lớn cho bất động sản cao cấp Tuy nhiên, hầu hết các chuyên gia này lại cư trú tại TPHCM, phải di chuyển hàng ngày để làm việc tại Bình Dương do thiếu sản phẩm bất động sản phù hợp Mặc dù thị trường BĐS tại Bình Dương đang phát triển mạnh mẽ trong 3 năm qua với nguồn cung lớn, nhưng chủ yếu tập trung vào đất nền và nhà phố giá rẻ, trong khi các dự án cao cấp rất hạn chế Điều này mở ra cơ hội lớn để phát triển các khu chung cư và công trình chất lượng, đáp ứng nhu cầu khách hàng tiềm năng, đồng thời cải thiện cơ sở hạ tầng và mang lại lợi nhuận cho các nhà đầu tư.
Mô hình khu phức hợp tại Bình Dương, bao gồm chung cư cao cấp kết hợp trung tâm thương mại và tiện ích giải trí, đang ngày càng thu hút sự chú ý Đối tượng khách hàng tiềm năng, chủ yếu là các chuyên gia làm việc lâu dài tại Việt Nam, thường có nhu cầu đưa gia đình đến sinh sống Họ không chỉ tìm kiếm một nơi ở tiện nghi với đầy đủ dịch vụ mua sắm và giải trí, mà còn cần các yếu tố thiết yếu như giáo dục chất lượng cao và dịch vụ chăm sóc y tế quốc tế Charm Plaza nổi bật như một dự án tiên phong, đáp ứng tối đa nhu cầu của cư dân, tạo nên lợi thế cạnh tranh lớn trong khu vực.
Dự án Charm Plaza có tiềm năng lớn nhờ vào việc kết hợp khảo sát và nắm bắt nhu cầu của người dân trong thời gian dài, cùng với sự đầu tư từ doanh nghiệp chuyên nghiệp Charm Engineering và Posco E&C của Hàn Quốc Điều này đảm bảo cung cấp dịch vụ nhà ở hiện đại và chất lượng cho các đối tượng tiềm năng Hơn nữa, vị trí địa lý thuận lợi của dự án càng làm tăng sức hấp dẫn và giá trị của nó.
Dự án được xây dựng trên diện tích 5ha với tổng vốn đầu tư khoảng 200 triệu USD, bao gồm 6 tòa nhà cao 14 tầng và 1 tầng hầm, cùng các tiện ích phục vụ cư dân Dự án cung cấp khoảng 1060 căn hộ có diện tích từ 45-64m2, thiết kế sang trọng theo hướng không gian mở để tối đa hóa sự tiếp xúc với không gian bên ngoài Các căn hộ có thể linh hoạt điều chỉnh theo nhu cầu của chủ nhân, với mức giá bán dự kiến từ 800-1.000 USD/m2 Giai đoạn 1 của dự án, bao gồm block B1, đã được khởi công vào ngày 1/10/2010, với thời gian xây dựng dự kiến là 24 tháng.
GIỚI THIỆU VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
1 MẶT BẰNG – PHÂN KHU CHỨC NĂNG:
Dự án Charm Plaza là một khu phức hợp đa năng, đáp ứng nhu cầu sống hiện đại với 6 khối nhà cao cấp và các tiện ích như nhà trẻ, bệnh viện, sân thể thao, hồ bơi, quán cà phê sang trọng phong cách Pháp, cùng không gian công cộng cho tổ chức tang lễ Đặc biệt, hệ thống cây xanh và giao thông nội bộ chiếm gần 2/3 tổng diện tích dự án, tạo nên môi trường sống lý tưởng cho cư dân.
Dự án có tổng diện tích hơn 5ha, với diện tích xây dựng chính khoảng 17.500 m2 và mật độ xây dựng khoảng 35% Khu phức hợp bao gồm các khối nhà cao 15 tầng, trong đó có 1 tầng hầm Tầng trệt được thiết kế làm không gian sinh hoạt với các căn hộ có diện tích từ 45-64m2 Trên cùng là sân thượng, được bố trí thành khu vực vui chơi giải trí và thư giãn với nhiều dịch vụ tiện ích.
Về phân khu chức năng trong tòa nhà :
Tầng hầm của chung cư có chiều cao 4m, được thiết kế với một tầng duy nhất, phục vụ cho việc để xe ô tô và xe gắn máy Ngoài ra, khu vực này còn có bể nước sinh hoạt và bể nước cứu hỏa, mỗi bể có kích thước 8.3m x 7.7m và cao 4m Mặt sàn tầng hầm được đặt ở độ cao -4.00m.
Tầng trệt bao gồm khu vực sảnh đón và khu sinh hoạt công cộng, với cao độ hoàn thiện sàn được xác định là ±0.00 (m), trong khi cao độ mặt đất tự nhiên là -0.50 (m).
- Tầng 1 : khu vực siêu thị phục vụ mua sắm Cao độ hoàn thiện sàn tầng
- Tầng 2-12 : Khu vực các căn hộ chung cư cao cấp Chiều cao tầng 3.50 (m), cao độ hoàn thiện sàn tầng 2 : +9.00 (m), cao độ hoàn thiện sàn tầng 12 : +44.00 (m).
- Sân thượng : Khu vực phục vụ nhu cầu giải trí, thư giãn Cao độ hoàn thiện sàn sân thượng : +47.50 (m).
- Mái : cao độ hoàn thiện đỉnh mái : +51.00 (m).
Block nhà B1 là block nhà đầu tiên được triển khai trong giai đoạn 1 của dự án, bắt đầu khởi công từ tháng 10/2010 và tiến độ dự kiến là 2 năm.
- Khu vực cộng thêm : 7 tầng với 6 tầng đầu mỗi tầng 3.5m tầng cuối 4 m với tổng chiều cao là 100,5 m
Để xây dựng một mô hình phức hợp chung cư hiện đại và cao cấp, thiết kế kiến trúc của công trình được đầu tư kỹ lưỡng Với hình khối kiến trúc đơn giản nhưng mang lại ấn tượng hiện đại và sang trọng, công trình có dạng khối nhà vuông vức với mặt bằng hình chữ nhật cân đối, diện tích nền đạt 24*48 m².
Charm Plaza nổi bật với kết cấu mái bê tông đúc bằng khuôn, mang thiết kế phóng khoáng và ấn tượng, không chỉ tạo giá trị thẩm mỹ mà còn giúp đón gió cho sân thượng nhờ vào thiết kế khí động học hợp lý Phần bên dưới được ốp đá hoa cương sang trọng, trong khi phần trên được bao bọc bằng tường rèm thủy tinh cao cấp, thể hiện rõ ràng mục tiêu xây dựng một chung cư cao cấp dành cho đối tượng có thu nhập khá trở lên.
Mặt đứng của công trình được thiết kế với phong cách đơn giản nhưng vẫn toát lên sự sang trọng, đồng thời đáp ứng đầy đủ các chức năng cần thiết cho một cao ốc chung cư cao cấp.
Hệ thống giao thông trong công trình :
Công trình được trang bị 4 thang máy chính và 2 thang bộ, phục vụ giao thông đứng cho các căn hộ Bên cạnh đó, còn có 2 thang máy riêng biệt dành cho siêu thị và đơn vị kỹ thuật.
Hệ thống giao thông ngang được thiết kế hợp lý với hành lang rộng rãi, thông suốt và bao quanh hai lõi thang, mang lại cảm giác thuận tiện cho cư dân, bất kể vị trí căn hộ.
PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU BÊN TRÊN
1 HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC CHÍNH NHÀ CAO TẦNG
Kết cấu chịu lực nhà cao tầng có thể phân loại như sau :
Hệ kết cấu cơ bản, hay còn gọi là hệ kết cấu thuần, bao gồm các loại như hệ thuần khung, hệ kết cấu lõi cứng và hệ ống Trong đó, hệ thuần khung là loại phổ biến nhất trong kết cấu bê tông cốt thép, bao gồm các cấu kiện thẳng đứng (cột) và cấu kiện ngang (dầm khung) liên kết với nhau để tạo thành các khung chịu lực Các khung này đảm nhận toàn bộ tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang tác động lên công trình, trong khi tường đóng vai trò là kết cấu bao che Nếu được tính toán và sử dụng vật liệu hợp lý, hệ thuần khung có thể đạt chiều cao lên tới 15 tầng.
Hệ kết cấu hỗn hợp là hệ chịu lực kết hợp từ hai hệ cơ bản trở lên, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội và khả năng chịu lực lớn Hai dạng hệ kết cấu phổ biến hiện nay cho nhà cao tầng là khung - vách và khung - lõi Trong các hệ kết cấu này, vách và lõi chủ yếu chịu tải trọng ngang, tạo ra sự ổn định cho công trình Hệ kết cấu vách và lõi rất phù hợp cho các công trình yêu cầu thiết kế sàn phẳng, vì chúng kết hợp với sàn để tạo thành các hộp có độ cứng không gian lớn, giúp chịu tải trọng ngang hiệu quả.
Công trình Block B1 thuộc khu phức hợp Charm Plaza là một chung cư cao cấp với hệ kết cấu chịu lực dạng khung kết hợp lõi cứng Lõi cứng được thiết kế đối xứng với nhiều vách cứng theo nhiều phương, giúp tăng cường khả năng chịu tải trọng ngang và chống xoắn cho tòa nhà Đồng thời, lõi cứng cũng đóng vai trò là kết cấu chịu lực cho thang máy Với độ cứng lớn và vị trí trung tâm của lõi, hệ cầu thang bộ được bố trí bên trong lõi, tối ưu hóa không gian và tính năng của công trình.
2 HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC THẲNG ĐỨNG ( CỘT – VÁCH – LÕI) a Tổng quan Đây là những bộ phận kết cấu chịu lực quan trọng nhất của công trình, có ảnh hưởng lớn đến việc lực chọn các giải pháp kết cấu cho toàn bộ công trình Vai trỏ của hệ
Gối tựa là thành phần quan trọng trong hệ kết cấu ngang, giúp nâng đỡ và tiếp nhận tải trọng từ dầm và sàn Chúng phối hợp cùng dầm và sàn để tạo thành các khung cứng, góp phần tạo ra không gian sử dụng bên trong công trình.
Là bộ phận trực tiếp tiếp nhận tải trọng từ hệ dầm, sàn và truyền xuống móng công trình.
Là bộ phận tiếp nhận chính tải trọng ngang tác động vào công trình, phân phối vào từng cấu kiện cột, vách và truyền xuống móng.
Các yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định tổng thể của công trình, hạn chế sự dao động và xác định dạng dao động khi công trình chịu tải trọng ngang.
Trong thực tế hiện nay, bộ phận kết cấu thẳng đứng cho kết cấu nhà cao tầng gồm những loại cấu kiện sau :
Cột : là cấu kiện đứng phổ biến và điển hình nhất Xuất hiện trong hệ kết cấu thuần khung, kết cấu khung kết hợp.
Vách cứng chịu lực là một kết cấu ngày càng phổ biến trong các tòa nhà cao tầng, có khả năng chịu tải trọng đứng và ngang hiệu quả Loại vách này rất phù hợp với kết cấu sàn phẳng, giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực cho công trình có yêu cầu kiến trúc cao Ngoài ra, vách cứng cũng là giải pháp hiệu quả để giảm thiểu chuyển vị ngang của công trình Tùy thuộc vào quy mô và yêu cầu cụ thể, có thể áp dụng hệ khung vách kết hợp hoặc hệ thuần vách, với hình dạng thường thấy là vách đơn hoặc vách ghép theo hình chữ L hoặc chữ T.
Lõi là một kiểu tổ hợp vách được thiết kế theo hai phương, thường có hình dạng chữ C, chữ E hoặc các hình dạng phức tạp hơn Với nhiều ưu điểm nổi bật, lõi không chỉ mang lại hiệu quả cho vách mà còn tăng cường khả năng chống xoắn, nâng cao độ bền và ổn định cho công trình.
Các hệ kết cấu kết hợp. b Lựa chọn
Do sự chênh lệch kích thước lớn giữa hai phương, khả năng chống xoắn của công trình thấp, nên việc bố trí hai hệ lõi trung tâm ở hai khối tăng cường cùng với hệ cột biên là rất hợp lý Kết cấu thẳng đứng bao gồm các cột biên liên kết với nhau thông qua dầm biên và sàn Với chiều cao công trình chỉ 51m, không cần thiết phải sử dụng vách chịu lực, đồng thời tạo sự thông thoáng cho các khu vực như tầng hầm và tầng trung tâm thương mại, hệ cột trở nên tối ưu Cột và lõi làm việc cùng nhau thông qua hệ thống sàn phẳng.
Cột và hệ sàn phẳng có tính tương thích khi làm việc, nhưng lõi cấu trúc khá phức tạp do sự chênh lệch lớn về độ cứng, vì vậy cần phải thực hiện tính toán và kiểm tra một cách kỹ lưỡng.
3 HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC NẰM NGANG (DẦM - SÀN ) a Tổng quan
Lựa chọn giải pháp kết cấu nằm ngang chủ yếu liên quan đến việc xác định phương án sàn cho công trình Có thể sử dụng hệ sàn sườn, trong đó sàn liên kết với dầm, cột, vách và lõi để truyền tải trọng thẳng đứng xuống móng Ngoài ra, còn có kết cấu sàn phẳng không dầm, nơi sàn liên kết trực tiếp với cột, vách và lõi, giúp sàn thực hiện vai trò liên kết các thành phần này và làm việc cùng nhau.
- Điểm khác biệt cơ bản của 2 phương án sàn trên là ở tính chất làm việc chịu lực của sàn:
Sàn sườn : bản sàn được tính toán chủ yếu là cấu kiện chịu uốn.
Sàn phẳng không chỉ chịu uốn mà còn là cấu kiện chịu nén khi gặp tải trọng ngang, đặc biệt khi liên kết với vách và lõi Bên cạnh đó, sàn phẳng cần đảm bảo khả năng chống cắt tại vị trí đầu cột, vì vậy việc tính toán cho sàn phẳng trở nên tương đối phức tạp.
Lựa chọn phương án sàn là một bước quan trọng, ảnh hưởng lớn đến hiệu quả và tính kinh tế của công trình Theo thống kê, khối lượng bê tông trong sàn chiếm khoảng 30-40% tổng khối lượng bê tông của công trình, trong khi tải trọng của sàn là tải trọng tĩnh chính tác động lên khung Việc thi công sàn cũng khá phức tạp, do đó cần xem xét các giải pháp sàn để tìm ra phương án tối ưu phù hợp với yêu cầu và đặc điểm của công trình Dưới đây là một số phương án sàn phổ biến.
Hệ dầm và bản sàn bao gồm dầm chính (dầm khung) cho các sàn có khẩu độ nhỏ, hoặc có thể bổ sung thêm dầm phụ trực giao và dầm sàn nhằm giảm thiểu độ võng của sàn.
Tính toán đơn giản ( có thể sử dụng các bảng tra ), Tiêu chuẩn Việt Nam hướng dẫn rõ ràng.
Được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất.
Hệ dầm chiếm không gian và làm tăng chiều cao tầng, do đó không thích hợp cho những ngôi nhà có chiều cao tầng thấp (dưới 3.5m) Ngoài ra, hệ dầm cũng không phù hợp với các công trình cao tầng, nơi cần hạn chế chiều cao để giảm thiểu ảnh hưởng của tải trọng gió.
Thi công tốn cốp pha dầm.
Hệ sàn sườn kiểu ô cờ
Gồm hệ dầm và bản sàn Hệ dầm khá dày chia ô sàn thành những ô bản 2 phương nhịp khá bé.
Không đòi hỏi hệ cột bên trong công trình, vượt nhịp lớn vào tạo không gian rộng rãi.
Hệ dầm thi công qua phức tạp, tốn kém.
Hệ dầm chiếm không gian theo phương đứng lớn, ảnh hưởng chiều cao sử dụng.
Hệ sàn phẳng không dầm
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU PHẦN NGẦM
Trong xây dựng nhà cao tầng với điều kiện địa chất trung bình, việc sử dụng móng nông trên nền tự nhiên hoặc nền đã được gia cố không phải là giải pháp khả thi Móng sâu (móng cọc) là lựa chọn hiệu quả, đảm bảo nền công trình được xây dựng trên lớp địa chất tốt với khả năng chịu tải lớn Đồng thời, móng sâu còn đảm bảo chiều sâu đủ lớn trong đất, giúp duy trì sự ổn định cho phần thân công trình.
Việc lựa chọn phương án cọc phụ thuộc vào điều kiện địa chất và quy mô công trình cụ thể Cọc ép và cọc đóng thường chỉ đạt độ sâu không lớn, đồng thời thi công gặp khó khăn trên một số loại đất Hơn nữa, quá trình thi công có thể gây ảnh hưởng xấu đến các công trình lân cận.
Móng cọc khoan nhồi và cọc barrette là những giải pháp đáng xem xét cho các công trình xây dựng Trong số đó, cọc khoan nhồi đang được áp dụng phổ biến trong thực tiễn hiện nay.
2 PHƯƠNG ÁN THI CÔNG TẦNG HẦM
Tầng hầm trong nhà cao tầng ngày càng trở nên phổ biến, được sử dụng chủ yếu để tối ưu hóa không gian Số lượng tầng hầm càng nhiều, mức độ khó khăn trong việc thi công và thiết kế cũng tăng lên, đòi hỏi các phương án thi công hiệu quả và an toàn.
Giải pháp chống đỡ vách đất khi đào tầng hầm là yếu tố quan trọng cần được tính toán kỹ lưỡng Đối với địa chất không quá yếu và số tầng ít, cừ lasen có thể được sử dụng làm vách chống Tuy nhiên, trong trường hợp địa chất phức tạp, với nhiều tầng hầm và chiều sâu đào lớn, cần xem xét một số phương pháp chống đỡ khác để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
Tường barrette có độ sâu lớn và khả năng chống tải trọng ngang tốt.
Cọc hàng ( cọc nhồi đường kính nhỏ ).
Với công trình được xây dựng trên 1 lớp địa chất yếu bên trên, các phương án lựa chọn như sau :
Giải pháp móng : tính toán và so sánh phương án móng cọc ép và cọc khoan nhồi Sau đó chọn 1 phương án móng để tiến hành thi công.
Thi công tầng hầm phụ thuộc vào phương án thi công, địa chất, quy mô công trình và các điều kiện thi công cụ thể Có thể áp dụng phương án đào taluy hoặc sử dụng cừ lasen để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình xây dựng.
LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CẤU KIỆN
1 CỘT a Lý thuyết lựa chọn sơ bộ
Theo kinh nghiệm, phương pháp lựa chọn sơ bộ tiết diện cột dựa trên lực dọc truyền lên đầu cột bởi các sàn tầng bên trên.
Hệ kết cấu có lõi cứng đối xứng có khả năng chịu lực lớn, tuy nhiên, để đảm bảo an toàn, cần tính toán và xem xét sự phân bố diện truyền tải vào cột và lõi là đồng đều.
Chọn tiết diện cột sơ bộ theo công thức :
k : hệ số tăng tiết diện kể đến ảnh hưởng của Momen trong cột k = (1.1 ÷ 1.5).
ns: số sàn trên cột cần tính ( kể cả sàn mái và mái).
qs: tải trọng phân bố tính toán ước lượng trên sàn.
Rb: cường độ bê tông chịu nén.
Để chọn kích thước cột, cần dựa vào diện truyền tải từ sàn vào cột và lõi, cũng như diện tích cần thiết Do công trình có chiều dài chênh lệch ở hai phương, việc đảm bảo độ cứng tương đương giữa hai phương là rất quan trọng Tỉ số giữa chiều cao và bề rộng (h/b) cho cột được khuyến nghị là 1.5.
Do kết cấu sàn phẳng, kích thước cột có ảnh hưởng lớn đến khả năng chống chọc thủng của sàn, vì vậy không nên thay đổi kích thước cột khi xây dựng lên cao Cần chú ý đến tiết diện cột dưới cùng, đặc biệt là cột tầng hầm.
Các loại sàn tầng khác nhau bên trên cột :
Sàn tầng hầm ( không có vách ngăn, không tải hoàn thiện, hoạt tải đỗ xe).
Sàn tầng trệt ( không có vách ngăn, hoạt tải công cộng ).
Sàn tầng 1 ( không có vách ngăn, hoạt tải trung tâm thương mại ).
Sàn tầng 2 đến tầng 12 ( nhiều tường và vách ngăn, hoạt tải căn hộ ).
Sàn mái ( không vách ngăn, hoạt tải mái bằng có sử dụng nghỉ ngơi ).
Tải trọng bản thân dầm.
Tải trọng tường trên dầm.
Tải trọng trên đầu cột không chỉ bao gồm tải trọng từ các cột tầng mà còn từ bản thân cột, dẫn đến việc Pttss sẽ tăng lên đáng kể, mặc dù giá trị chính xác không thể xác định Đối với công trình sàn phẳng, nhà chung cư có nhiều tường và vách ngăn, Qttschung được chọn là 1.8 (T/m²) cho mỗi mét vuông sàn tầng Sau khi tính toán Fcta, cần kiểm tra lại lực dọc tại chân cột bằng cách cộng thêm khối lượng cột vào bảng tính toán chi tiết, giúp lực dọc này gần sát với giá trị do phần mềm Etabs tính toán.
Tải trọng quy về đầu cột :
Bảng tính toán sơ bộ tiết diện cột, (hệ số γb2= 0.85).
Tầng hầm k F Ptts Tiết diện cột Cột m 2 (T)
Bảng tính toán chi tiết gần đúng tải trọng lên các cột :
- Cột C1 chịu tải gồm có diện chịu tải của bancol là 1.2x4 = 4.8 (m 2 ) và của sàn phía bên trong là 16m 2 , có 11 tầng điển hình có bancol, 3 tầng không có bancol.
Lõi cứng là một cấu trúc bao gồm nhiều vách cứng được liên kết với nhau theo hai phương khác nhau Cấu trúc này được tính toán tương tự như vách cứng, với vai trò là cấu kiện chịu nén lệch tâm, có khả năng chịu tải thẳng đứng và tải trọng ngang.
Bề dày vách chọn theo TCVN 198 : 1997 tính toán nhà cao tầng :
Fv = 1.5/100*Fs , với Fvlà diện tích mặt cắt vách cứng, Fs: diện tích 1 sàn trên vách cứng.
Vách cứng không bé hơn 120 (mm ) và 1/20*Ht= 1/20*3500 = 175 (mm).
Vậy chiều dày vách trong các lõi : hv= 300 (mm), V30.
Dầm biên bố trí theo chu vi khối nhà, gối lên các cột biên nên không ảnh hưởng đến chiều cao tầng nhà.
Kích thước dầm biên chọn sơ bộ như 1 dầm thông thường dựa trên yêu càu đảm bảo độ võng dầm :
hd= (1/12÷1/8)*Ld=(1/12÷1/8)*8000=( 667÷ 1000) (mm), chọn hd= 70 (cm).
bd= ( 1/2 ÷ 2/3 )*hd= ( 350 ÷ 460 ) (mm), chọn bd = 30 (cm)
Lựa chọn chiều dày sàn phẳng theo tiêu chuẩn ACI của Mỹ cần dựa vào yêu cầu về biến dạng khi chịu tải trọng đứng, đồng thời đảm bảo khả năng chống chọc thủng tại vị trí cột.
CHIỀU DÀY TỐI THIỂU CỦA SÀN PHẲNG
Sàn phẳng không Drop Panel Ô sàn biên có dầm biên Ô sàn giữa
Phần mềm Safe V12 cũng có cách lựa chọn chiều dày sàn với hệ số tương tự.
Nhịp ln= 8m →chiều dày sàn tối thiểu : hsmin= 1/36*ln= 222 (mm).
Kết hợp với thiết kế và thi công thực tế của công trình đã thực hiện, chọn chiều dày sàn δs= 30 (cm), S30.
Chiều dày sàn thiết kế : hs= 300 mm, S30.
Nội lực sàn giải bằng phần mềm SAFE v12.
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là các công cụ và phần mềm tính toán kết cấu, đã giúp việc giải quyết bài toán nội lực trong thiết kế trở nên dễ dàng, chính xác và nhanh chóng hơn Điều này đáp ứng nhu cầu phát triển của lĩnh vực xây dựng, khi mà độ phức tạp của các mô hình tính toán ngày càng gia tăng Việc mô phỏng và giải quyết vấn đề sát thực tế là cơ sở cho sự phát triển và ứng dụng rộng rãi của các chương trình tính toán kết cấu.
Các phương pháp tính toán kết cấu bằng tay đóng vai trò quan trọng, giúp người học nắm vững kiến thức cơ bản về cơ học Việc hiểu và áp dụng các phương pháp này không chỉ hỗ trợ trong việc giải quyết bài toán mà còn giúp kiểm soát và xác minh kết quả từ các phần mềm tính toán.
Sàn, dầm được xem là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó.
Biến dạng dọc trục của sàn dầm được bỏ qua.
Chuyển vị ngang của các cấu kiện trên sàn là như nhau.
Thân công trình được xem là liên kết ngàm với móng tại vị trí mặt trên đài móng.
2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KẾT CẤU
Khi tính toán công trình, khối lượng công việc xác định nội lực, chuyển vị và đặc trưng động học là rất lớn, không thể thực hiện bằng phương pháp thủ công Do đó, cần sử dụng phần mềm chuyên dụng được phát triển cho từng nhu cầu tính toán cụ thể Hiện nay, phương pháp tính toán và giải quyết mô hình trên máy tính chủ yếu dựa vào ba mô hình chính.
Mô hình liên tục là phương pháp giải trực tiếp các phương trình vi phân bậc cao, chủ yếu dựa trên lý thuyết tấm vỏ Mặc dù phương pháp này phản ánh chính xác hoạt động của kết cấu, nhưng khối lượng tính toán lớn và độ phức tạp cao khiến nó khó có thể áp dụng cho các bài toán quy mô lớn.
Mô hình rời rạc hóa toàn bộ hệ kết cấu chịu lực thành các phần tử cơ bản như thanh, tấm và khối, với mỗi phần tử được xác định bởi các nút và liên kết tại các nút Mỗi phần tử mang một phương trình nội suy riêng cho nội lực và chuyển vị Đầu tiên, các chuyển vị nút được xác định dựa vào kết quả giải hệ phương trình cực lớn Sau đó, giá trị nội lực và chuyển vị tại các vị trí bất kỳ trên mỗi phần tử được tính toán thông qua các phương trình nội suy đặc trưng của từng loại phần tử.
Mô hình rời rạc liên tục là phương pháp phân tích các hệ chịu lực bằng cách rời rạc hóa từng phần và liên kết chúng thông qua các liên kết trượt, coi như phân bố liên tục theo chiều cao Phương pháp này cho phép giải quyết các hệ phương trình vi phân thành các phương trình tuyến tính thông qua kỹ thuật sai phân, từ đó giải các ma trận và xác định nội lực trong cấu trúc.
Phương pháp phần tử hữu hạn trên mô hình rời rạc là một trong ba phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay Dưới đây là những nội dung cơ bản nhất của phương pháp này.
Phân tích phần tử hữu hạn là một phương pháp hiệu quả để giải quyết các kết cấu phức tạp dưới tác động của tải trọng Bằng cách chia nhỏ các hình dạng phức tạp thành những hình dạng đơn giản hơn, quá trình này giúp dễ dàng hơn trong việc tính toán và đánh giá ứng suất, biến dạng và hành vi tổng thể của kết cấu.
Hình dạng mỗi phần tử được định nghĩa bởi các nút của nó.
Phản ứng của mỗi phần tử được xác định dựa vào bậc tự do thể hiện ở các nút.
Ứng xử của hệ kết cấu được xác định thông qua việc ghép các phần tử nhỏ vào một phương trình, trong đó bậc tự do của mỗi điểm vẫn chưa được xác định Các phương trình này được giải quyết bằng kỹ thuật ma trận.
- Kết cấu nhà cao tầng theo TCVN được tính toán với các thành phần tải trọng – tác động chính sau :
Tải trọng thẳng đứng : tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời tác dụng lên sàn, lên dầm.
Tải trọng ngang ( gió ) : thành phần gió tĩnh và gió động nếu có.
Tải trọng động đất ( nếu có yêu cầu tính toán ).
- Bên cạnh đó, khi có yêu cầu cụ thể, cần phải tính toán kiểm tra với các trường hợp sau :
Do ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ.
Do ảnh hưởng của hiệntượng từ biến.
Do phát sinh trong quá trình thi công.
Do áp lực nước ngầm và đất.
PHÂN TÍCH TẢI TRỌNG
Phân tích phần tử hữu hạn là phương pháp hiệu quả để giải quyết các kết cấu phức tạp dưới tác động của tải trọng, bằng cách chia nhỏ các hình dạng phức tạp thành những hình dạng đơn giản hơn.
Hình dạng mỗi phần tử được định nghĩa bởi các nút của nó.
Phản ứng của mỗi phần tử được xác định dựa vào bậc tự do thể hiện ở các nút.
Hệ kết cấu được xác định thông qua việc kết hợp các phần tử nhỏ vào một phương trình, trong đó bậc tự do của từng điểm vẫn chưa được xác định Các phương trình này được giải quyết bằng kỹ thuật ma trận.
- Kết cấu nhà cao tầng theo TCVN được tính toán với các thành phần tải trọng – tác động chính sau :
Tải trọng thẳng đứng : tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời tác dụng lên sàn, lên dầm.
Tải trọng ngang ( gió ) : thành phần gió tĩnh và gió động nếu có.
Tải trọng động đất ( nếu có yêu cầu tính toán ).
- Bên cạnh đó, khi có yêu cầu cụ thể, cần phải tính toán kiểm tra với các trường hợp sau :
Do ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ.
Do ảnh hưởng của hiệntượng từ biến.
Do phát sinh trong quá trình thi công.
Do áp lực nước ngầm và đất.
Các giá trị tiêu chuẩn, hệ số độ tin cậy tải trọng và tải trọng tính toán của các thành phần tải trọng được xác định theo TCVN 2737-1995 và được tính toán chi tiết trong phần này.
Giá trị tiêu chuẩn : Gtcs= δ*2.5 (T/m 2 ).
Giá trị tính toán : Gtts= 1.1*δ*2.5 (T/m 2 ).
Giá trị tiêu chuẩn : Gtcht= i * i (T/m 2 ).
Giá trị tính toán : Gttht= n i * * i i (T/m 2 ).
- Sàn tầng hầm : S30, không hoàn thiện :
Giá trị tiêu chuẩn : Gtcs= 0.75 (T/m 2 ).
Giá trị tính toán : Gtts= 0.825 (T/m 2 ).
- Sàn tầng điển hình( Sàn tầng 2 đến tầng 11 ), sàn trệt, sàn TTTM tầng 1, sàn sân thượng : S30, có tĩnh tải các lớp hoàn thiện :
Tải trọng bản thân phân bố đều trên sàn : Gs=∑Gsi 842 941
- Riêng tải trọng hoàn thiện :
Tường phân bố trực tiếp trên sàn
- Tải trọng tường xây, vách ngăn trên dầm biên được gán thành tải phân bố trên dầm Trong công trình, tường đặt trực tiếp lên sàn.
Xét tường trực tiếp trên sàn :
- Tường bên trong công trình phân bố trên sàn gồm :
Tường bao : T200, gạch xây dày 200mm với lớp cấu tạo là 2 lớp vữa.
Tường ngăn, vách ngăn : T100, gạch xây dày 100mm với lớp cấu tạo là 2 lớp vữa.
- Tổng chiều dài các loại tường ( lấy tròn ) :
- Giá trị tải trọng tường trực tiếp trên sàn :
Tải trọng bản thân của tường xây 100 không lớn so với tường xây 200, do đó có thể phân bố tải trọng tường 100 đều trên sàn.
Tải trọng bản thân của tường xây 200 ảnh hưởng lớn đến sàn do tải trọng tập trung, đặc biệt khi sàn không có dầm làm việc Vì vậy, cần phân bố tải trọng tường 200 lên các dầm ảo trên sàn để đảm bảo tính toán chính xác cho tải phân bố theo chiều dài.
Bảng giá trị tải trọng tường được xác định dựa trên tải trọng phân bố chiều dài và diện tích cho tầng điển hình, với chiều cao tường là 2.9 m, tính từ 3.5 m trừ đi 0.6 m, trong đó 0.6 m bao gồm sàn dày 0.3 m và trần kỹ thuật dày 0.3 m.
Gi= δi*h*γi( kG/m ): tải trọng 1m chiều dài lớp cấu tạo.
G t 2 200 cua = ( G i )*0.7 ( kG/m ): tải trọng 1m chiều dài của tường 200 có 2 cửa.
G 1 t 200 cua = ( G i )*0.8 ( kG/m ): tải trọng 1m chiều dài của tường 200 có 1 cửa.
G t khongcua 200 = G i ( kG/m ): tải trọng 1m chiều dài của tường 200 không có cửa.
Gt100= G i ( kG/m ): tải trọng 1m chiều dài của tường 100.
G l ( kG/m 2 ) : tải trọng tường 100 quy về phân bố đều trên sàn.
G l ( kG/m 2 ) : tải trọng tường 200 quy về phân bố đều trên sàn.
Gti Gt100= 846 (kG/m) G t khongcua 200 = 1320 (kG/m)
Bảng giá trị tải trọng tường chắn Bancol T200 được quy định theo tải trọng phân bố chiều dài cho tầng điển hình, với chiều cao tường chắn là 1.5 mét và có 2 cửa kính.
Gi = δi*h*γi( kG/m ) : tải trọng 1m chiều dài lớp cấu tạo.
Gt = ( G i )*0.7 ( kG/m ) : tải trọng 1m chiều dài tường chắn có 2 cửa kính.
Chọn Gt200= 0.306 (T/m). a HOẠT TẢI LÊN SÀN
- Bảng giá trị hoạt tải lấy theo công năng sử dụng theo TCVN 2737 – 1995 :
Công năng P tc kG/m 2 n P tt kG/m 2
Hành lang, sảnh, cầu thang 300 1.2 360
Phòng khách, phòng ngủ, phòng ăn, phòng vệ sinh 150 1.3 195
Mái bằng có sử dụng 150 1.3 195
3 TẢI TRỌNG LÊN DẦM a TẢI TRỌNG BẢN THÂN DẦM
- Dầm trong công trình là dầm biên, dầm đỡ tường bao theo chu vi sàn, tiết diện D3070 : 30*70 (cm).
- Tải trọng 1m chiều dài dầm :
Chọn : Gd= 0.5775 (T/m). b TẢI TRỌNG TƯỜNG TRÊN DẦM
Bảng giá trị tải trọng tường trên dầm được thiết lập cho các tầng có chiều cao khác nhau, giúp xác định phân bố chiều dài tường cho mọi trường hợp tính toán.
- Tầng trệt và tầng 1 có tải trọng kính khung nhôm - thép tác dụng lên dầm biên, có tải trọng tính toán là: 0.12 (T/m 2 ).
- Tầng trệt có chiều cao tấm kính là: 4.2 - 0.7 =3.5 (m).
Vậy tải trọng kính khung nhôm - thép tác dụng lên dầm biên tầng trệt là:
- Tầng 1 có chiều cao tấm kính là: 4.8 - 0.7 =4.1 (m).
Vậy tải trọng kính khung nhôm - thép tác dụng lên dầm biên tầng 1 là:
- Đối với tầng điển hình (tầng 2-12), tường trên dầm biên là tường T200 với chiều cao tường là: h= 3.5 - 0.7 = 2.8 (m).
Gi = δi*γi*n*h ( kG/m ) : tải trọng 1m chiều dài lớp cấu tạo.
Gti= ( G i )*0.7 ( kG/m ) : tải trọng 1m chiều dài của tường T200 có 2 cửa.
- Đối với tầng mái, tường trên dầm biên là tường T200 với chiều cao tường là: h= 1.5 (m).
Gi = δi*γi*n*h ( kG/m ) : tải trọng 1m chiều dài lớp cấu tạo.
Gti= G i ( kG/m ) : tải trọng 1m chiều dài của tường T200.
IV ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC CÔNG TRÌNH
- Bài toán động và bài toán tĩnh khác nhau ở 2 điểm chủ yếu :
Tải trọng động có sự biến đổi theo thời gian về độ lớn, phương chiều và vị trí tác động lên công trình, dẫn đến sự thay đổi trong ứng xử của công trình đó.
Vữa trát 0.02 1800 1.3 có ảnh hưởng đến lực kết cấu Kết quả phân tích các giá trị quan trọng của kết cấu, bao gồm nội lực và chuyển vị, cần được biểu diễn dưới dạng hàm theo biến thời gian để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong thiết kế.
Khối lượng của công trình tạo ra lực quán tính khi chuyển động có gia tốc, điều này cần được tính đến trong các phương trình tính toán Do đó, khối lượng công trình đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất động học của nó.
2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BÀI TOÁN ĐỘNG
- Ta chấp nhận các giả thiết sau :
Dầm,sàn cứng vô cùng trong mặt phẳng của nó.
Toàn bộ khối lượng từng tầng tập trung về cao trình sàn.
Chuyển vị thẳng đứng của kết cấu là bé so với chuyển vị ngang.
Toàn bộ công trình sẽ được mô phỏng đơn giản như một thành công xôn, trong đó n là số tầng và cũng là số bậc tự do, với khối lượng tập trung.
Ta đã thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động của hệ, trong đó thể hiện mối quan hệ giữa ma trận khối lượng, ma trận độ cứng và ma trận cản với các giá trị gia tốc, vận tốc, chuyển vị của hệ và lực tác động lên công trình.
Khi loại bỏ giá trị của ma trận cản, chúng ta thu được phương trình vi phân thuần nhất không có cản, từ đó có thể xác định tần số và dạng dao động riêng của hệ thống.
- Giải phương trình vi phân thuần nhất cho ta các giá trị về chu kỳ T (s) và tần số f (Hz) của công trình khi chịu tải trọng động.
- Xác định chu kỳ và dạng dao động riêng của công trình nhờ vào phần mềmETABS.
ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC CÔNG TRÌNH
A GIẢI PHÁP KẾT CẤU: KHUNG – LÕI
I TẢI TRỌNG GIÓ TĨNH VÀ GIÓ ĐỘNG TÁC ĐỘNG VÀO CÔNG TRÌNH
GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHỊU LỰC
GIẢI PHÁP KẾT CẤU: KHUNG – LÕI
I TẢI TRỌNG GIÓ TĨNH VÀ GIÓ ĐỘNG TÁC ĐỘNG VÀO CÔNG TRÌNH
-Giá trị tính toán thành phần tĩnh của áp lực gió Wj tại điểm j ứng với cao độ zj so với mốc chuẩn xác định theo công thức:
W0 ÷ Giá trị của áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo phân vùng áp lực gió.
C ÷ Hệ số khí động có giá trị c = +0,8 và c = -0,6 K(zj) là hệ số điều chỉnh theo sự thay đổi áp lực gió, phụ thuộc vào độ cao zj so với mốc chuẩn Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió được quy định là g = 1,2.
2 Thành phần động: a Điều kiện phải tính gió động
- Khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp có H>36m và H/L>1,5
- Với các công trình cao và kết cấu mềm ( ống khói, trụ, tháp, ) còn phải kiểm tra mất ổn định khí động b Nguyên nhân gây ra thành phần động
Để xác định thành phần động của công trình, cần xem xét sự tương tác giữa vận tốc gió và lực quán tính Bước đầu tiên là kiểm tra xem công trình có cần tính toán gió động hay không, đồng thời đánh giá tính ổn định khí động theo quy định tại điều 1.2 và 1.3 trong TCVN 229-1994 Sau đó, thiết lập sơ đồ tính toán để tiến hành các bước tiếp theo trong quá trình phân tích.
- Là thanh công sơn có hứu hạn điểm tập trung khối lượng
- Chia công trình thành n phần sao cho mỗi phần có độ cứng và áp lực gió lên bền mặt
Vị trí các điểm tập trung khối lượng liên quan đến cao trình trọng tâm của kết cấu truyền tải trọng ngang, bao gồm sàn, mặt bích bố trí giằng ngang và sàn thao tác, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
Độ cứng của công trình được xác định bằng độ cứng tương đương của CT, dựa trên sự dịch chuyển ở đỉnh công trình thực tế Để thực hiện điều này, cần xác định giá trị tiêu chuẩn của thành phần tĩnh, thành phần động, cũng như giá trị tiêu chuẩn và giá trị tính toán cho tải trọng gió tác động lên các phần của công trình Cuối cùng, việc xác định tần số và dạng dao động là rất quan trọng trong quá trình này.
Để xác định tần số dao động thứ nhất f1 của công trình, bạn có thể áp dụng các công thức trong phụ lục B, các điều khoản từ B1 đến B3 của TCVN 229-1994, hoặc sử dụng phần mềm ETABS 2013.
- Xác định giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL (Theo bảng 2 - TCVN 229-1994) c.5.2So sánh f1 với tần số giới hạn fL
Khi tần số dao động thứ nhất f1 (Hz) của công trình vượt quá giá trị giới hạn fL (Hz) của tần số dao động riêng, chỉ cần xem xét tác động của xung vận tốc gió đối với thành phần động của tải trọng gió Giá trị tính toán áp lực gió Wpj tác động lên phần thứ j của công trình được xác định theo công thức cụ thể.
Giá trị tiêu chuẩn của áp lực gió tác động lên phần thứ j của công trình được xác định bằng Wj, chia cho hệ số áp lực động tại cao độ tương ứng với phần thứ i của công trình, theo quy định trong bảng 3 TCVN 2737-1995 Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió, ký hiệu là υ, phản ánh các dao động khác nhau của công trình.
Nếu bề mặt công trình có hình dạng chữ nhật và định hướng song song với các trục cơ bản, thì giá trị v1 sẽ được lấy từ bảng 4 của TCVN 229-1994 Các tham số Ƿ và X sẽ được xác định theo bảng 5 của TCVN 229-1994.
- Các dạng dao động thứ 2 và 3 thì v2=v3=1
Khi tần số dao động thứ nhất f1 (Hz) của công trình nhỏ hơn tần số dao động riêng fL (Hz), cần xem xét cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình trong thành phần động của tải trọng gió.
Khi tần số dao động riêng cơ bản thứ s thỏa mãn điều kiện fs < fL < fs + 1, cần tính toán thành phần động của tải trọng gió với dạng dao động đầu tiên.
( Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j ứng với dạng dao động thứ i)
Khối lượng tập trung của phần thứ j được ký hiệu là Mj Hệ số động lực ξi tương ứng với dạng dao động thứ i phụ thuộc vào thông số ei và độ giảm loga của dao động Thông số ei được tính bằng công thức e i = (sqrt(gW 0 ))/(940f i ), được xác định thông qua biểu đồ trong hình 2 của TCVN 229-1994 Tần số dao động riêng thứ i được ký hiệu là fi.
Dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j tương ứng với dạng dao động riêng thứ i được xác định bởi hệ số Ψi, được tính bằng cách chia công trình thành n phần, trong đó tải trọng gió trong mỗi phần được coi là không đổi.
WFj là giá trị tiêu chuẩn của thành phần động do tải trọng gió tác động lên phần thứ j của công trình, tương ứng với các dạng dao động khác nhau, chỉ xem xét ảnh hưởng của n xung vận tốc gió.
+ Sj: Diện tích đón gió của phần j của công trình (m2) j=1
+ Wj : Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió, tác dụng lên phần thứ j
+Với dao động thứ nhất lấy u =u1; với các dao động còn lại lấy u=1.
*Trường hợp 2b: Nhà có mặt bằng đối xứng , f 1 < f L
- Thì ảnh hưởng của dạng dao động thứ nhất đến giá trị thành phần động của tải trọng gió là chủ yếu
Yjl ÷ Dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j, ứng với dạng dao động riêng thứ i.
*Trường hợp 2c: Nhà có mặt bằng đối xứng , độ cứng, bề mặt, khối lượng, bề mặt đón gió không đổi theo chiều cao f11,5
- Với các công trình cao và kết cấu mềm ( ống khói, trụ, tháp, ) còn phải kiểm tra mất ổn định khí động b Nguyên nhân gây ra thành phần động
Để xác định thành phần động do tác động của vận tốc gió và lực quán tính của công trình, cần thực hiện các bước tính toán cụ thể Đầu tiên, kiểm tra xem công trình có phải tính gió động hay không, đồng thời xác định có cần kiểm tra mất ổn định khí động theo các điều 1.2 và 1.3 trong TCVN 229-1994 Tiếp theo, thiết lập sơ đồ tính toán để tiến hành các phân tích cần thiết.
- Là thanh công sơn có hứu hạn điểm tập trung khối lượng
- Chia công trình thành n phần sao cho mỗi phần có độ cứng và áp lực gió lên bền mặt
Vị trí các điểm tập trung khối lượng cần được xác định theo cao trình trọng tâm của kết cấu truyền tải trọng ngang, bao gồm các thành phần như sàn, mặt bích bố trí giằng ngang và sàn thao tác.
Độ cứng của công trình được xác định dựa trên độ cứng tương đương của công son, với sự dịch chuyển ở đỉnh công trình là yếu tố quan trọng Để đánh giá chính xác, cần xác định giá trị tiêu chuẩn cho thành phần tĩnh và động Việc xác định thành phần động là cần thiết để tính toán giá trị tiêu chuẩn và giá trị tính toán cho tải trọng gió tác động lên các phần của công trình Cuối cùng, tần số và dạng dao động cũng cần được xác định để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
- Xác định tần số dao động thứ nhất f1 của công trình ( có thể vận dụng các công thức trong phụ lục B, các điều từ B1->B3 TCVN229-1994 HOẶC THEO PHẦN MỀM
- Xác định giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL ( Theo bảng 2 - TCVN 229-1994) c.5.2So sánh f1 với tần số giới hạn fL
Khi tần số dao động thứ nhất f1 (Hz) của công trình vượt quá giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL (Hz), chỉ cần xem xét tác động của xung vận tốc gió lên tải trọng gió Giá trị tính toán áp lực gió động Wpj tác động lên phần thứ j của công trình được xác định theo công thức cụ thể.
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió tác động lên phần thứ j của công trình được xác định bởi Wj, cùng với hệ số áp lực động của tải trọng gió tại cao độ tương ứng với phần thứ i của công trình (tham khảo bảng 3 TCVN 2737-1995) Hơn nữa, hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió cũng cần được xem xét, nhằm phản ánh các dao động khác nhau của công trình.
Nếu bề mặt công trình có hình dạng chữ nhật và được định hướng song song với các trục cơ bản, thì giá trị v1 cần được lấy theo bảng 4 của TCVN 229-1994 Các tham số Ƿ và X sẽ được xác định dựa trên bảng 5 của cùng tiêu chuẩn này.
- Các dạng dao động thứ 2 và 3 thì v2=v3=1
Khi tần số dao động thứ nhất f1 (Hz) của công trình nhỏ hơn tần số dao động riêng fL (Hz), cần xem xét cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình trong thành phần động của tải trọng gió.
Khi tần số dao động riêng cơ bản thứ s thỏa mãn bất đẳng thức fs < fL < fs + 1, cần tính toán thành phần động của tải trọng gió với dạng dao động đầu tiên.
( Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j ứng với dạng dao động thứ i)
Hệ số động lực ξi liên quan đến dạng dao động thứ i, được xác định dựa trên thông số ei và độ giảm loga của dao động Cụ thể, ei được tính bằng công thức e i = (sqrt(gW 0 ))/(940f i ), theo biểu đồ trong TCVN 229-1994, trong đó fi là tần số dao động riêng thứ i.
Dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j tương ứng với dạng dao động riêng thứ i được xác định bởi hệ số Ψi Hệ số này được tính bằng cách chia công trình thành n phần, trong đó tải trọng gió trong mỗi phần có thể coi là không đổi.
WFj là giá trị tiêu chuẩn của thành phần động do tải trọng gió tác động lên phần thứ j của công trình Giá trị này được xác định dựa trên các dạng dao động khác nhau và chỉ tính đến ảnh hưởng của n xung vận tốc gió.
+ Sj: Diện tích đón gió của phần j của công trình (m2) j=1
+ Wj : Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió, tác dụng lên phần thứ j
+Với dao động thứ nhất lấy u =u1; với các dao động còn lại lấy u=1.
*Trường hợp 2b: Nhà có mặt bằng đối xứng , f 1 < f L
- Thì ảnh hưởng của dạng dao động thứ nhất đến giá trị thành phần động của tải trọng gió là chủ yếu
W pjl = M j ξ i ψ i y jl ( Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió )
Yjl ÷ Dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j, ứng với dạng dao động riêng thứ i.
*Trường hợp 2c: Nhà có mặt bằng đối xứng , độ cứng, bề mặt, khối lượng, bề mặt đón gió không đổi theo chiều cao f1 Không lựa chọn phương ánKhung-Vách.
Phương án tối ưu nhất mà nhóm lựa chọn cho công trình là: Khung-Lõi
Tối ưu hóa ba yếu tố chính: chuyển vị, gia tốc và kinh tế, giúp đảm bảo tính ổn định cho công trình mà không cần sử dụng khối lượng vật liệu lớn.