Bài giảng Kết cấu nhà bê tông cốt thép

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠNG TRÌNH BỘ MƠN XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Bài giảng KẾT CẤU NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP (KC BTCT) I.1 Nguyên lý chung I.1.1 Nguyên tắc, khái niệm I.1.2 Quan hệ kiến trúc kết cấu I.1.3 Tính khả thi phương án thiết kế I.2 I.2.1 Nguyên tắc thiết kế KCBTCT Các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật I.2.2 Trình tự bước thiết kế kết cấu BTCT I.2.3 Nguyên tắc cấu tạo kết cấu BTCT I.2.4 Yêu cầu quy định vẽ kết cấu BTCT 10 CHƯƠNG II KẾT CẤU KHUNG BTCT 13 II.1 Hệ chịu lực nhà khung BTCT toàn khối 13 II.1.1 Khái niệm chung 13 II.1.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu sàn 17 II.1.3 Bố trí hệ chỊu lực nhà khung 18 II.1.4 Lựa chọn sơ kích thước tiết diện cấu kiện 18 II.1.5 Mặt bố trí hệ kết cấu chịu lực (bản vẽ mặt kc) 19 II.2 Lập sơ đồ tính tốn khung 19 II.2.1 Sơ đồ hình học mơ hình kết cấu khung 19 II.2.2 Xác định tải trọng đơn vị 20 2.2.3 Dồn tải cho hệ khung phẳng 22 II.3 Xác định nội lực tổ hợp nội lực 24 II.3.1 Nội lực trường hợp tải trọng 24 2.3.2 Tổ hợp nội lực 25 II.4 Tính tốn cấu tạo thép khung 25 II.4.1 Tính tốn bố trí cốt thép dầm 25 II.4.2 Tính tốn bố trí cốt thép cột 26 II.4.3 Cấu tạo khung toàn khối 26 II.5 Các loại cầu thang sơ đồ tính tốn 33 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 1- II.5.1 Cấu tạo cầu thang 33 II.5.2 Tính tốn phận cầu thang 35 CHƯƠNG 3: NHÀ KHUNG BTCT LẮP GHÉP VÀ NỬA LẮP GHÉP 46 III.1 Cấu tạo hệ chịu lực nhà khung lắp ghép 46 III.1.1 Khái niệm chung 46 III.1.2 Ngun tắc tính tốn ngun tắc truyền tải panel 46 III.2 Sơ đồ kết cấu khung lắp ghép nửa lắp ghép, sơ đồ bố trí sàn, mái 49 III.2.1 Sơ đồ khung lắp ghép 49 III.2.2 Sơ đồ khung nửa lắp ghép 51 III.3 Cấu tạo mối nối 51 III.3.1 Phân loại mối liên kết: 52 III.3.2 Cấu tạo tính tốn mối nối 52 CHƯƠNG IV: KẾT CẤU NHÀ CÔNG NGHIỆP 56 MỘT TẦNG BẰNG BTCT LẮP GHÉP 56 IV.1 Khái niệm chung sơ đồ kết cấu 56 IV.1.1 Khái niệm chung 56 IV.1.2 Sơ đồ nhà, phận kết cấu nhà CN 56 IV.1.3 Thiết bị vận chuyển theo phương thẳng đứng 57 IV.1.4 Bố trí mặt nhà: 58 IV.1.5 Mặt cắt ngang cơng trình: 59 IV.2 Cấu tạo cột 60 IV.2.1 Cấu tạo chung 60 IV.2.2 Cấu tạo vai cột 61 IV.3 Tính tốn khung ngang 61 IV.3.1 Khái quát chung, sơ đồ tính 61 IV.3.2 Xác định tải trọng 62 IV.3.3 Sự làm việc khung ngang 65 IV.3.4 Xác định nội lực tổ hợp nội lực khung 65 a Xác định nội lực 65 b Tổ hợp nội lực 68 IV.3.5 Tính tốn cốt thép 69 IV.3.6 Tính tốn vai cột kiểm tra số điều kiện khác 69 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 2- a Tính tốn vai cột 69 b Kiểm tra số điều kiện khác: 70 IV.4 Các phận khác kết cấu nhà 72 IV.4.1 Hệ giằng 72 IV.4.2 Dầm cầu trục: 73 IV.5 Khái niệm, cấu tạo kết cấu mái BTCT, thành phần hệ mái 73 IV.5.1 Dầm mái 74 a Cấu tạo : 74 b Đặc điểm tính tốn dầm hai mái dốc : 75 c Tính tốn tiết diện: 76 IV.5.2 Dàn mái 77 a Cấu tạo chung: 77 b Tính tốn dàn mái: 79 IV.5.3.Vòm mái 80 a Đặc điểm cấu tạo : 80 b Ngun tắc tính tốn vịm 81 CHƯƠNG V: MĨNG BÊ TƠNG CỐT THÉP 84 V.1 Một số vấn đề thiết kế móng 84 V.1.1 Các khái niệm 84 V.1.2 Phân loại móng BTCT phạm vi sử dụng 85 V.1.3 Khái niệm tính tốn móng theo trạng thái giới hạn 87 V.1.4 Các loại tải trọng tổ hợp tải trọng 89 V.1.5 Các tài liệu cần thiết để thiết kế móng 90 V.1.6 Đề xuất so sánh chọn phương án móng 91 V.2 Các loại móng bê tơng cốt thép 94 V.2.1 Móng đơn - cấu tạo tính tốn 94 V.2.2 Móng băng, cấu tạo tính tốn 101 V.2.3 Móng cọc, cấu tạo tính tốn 104 V.2.4 Móng bè BTCT, móng khối hộp, tường vây 118 CHƯƠNG VI: KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG BTCT 122 VI.1 Khái niệm chung, đặc điểm thiết kế tải trọng 122 VI.1.1 Khái nhiệm chung 122 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 3- VI.1.2 Đặc điểm thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng 123 VI.1.3 Đặc điểm tải trọng nhà nhiều tầng 123 VI.2 Các hệ KC chịu lực sơ đồ làm việc nhà nhiều tầng: 124 VI.2.1 Các hệ kết cấu chịu lực nhà nhiều tầng: 124 VI.2.2 Các loại sơ đồ kết cấu nhà nhiều tầng phổ biến: 126 VI.2.3 Tải trọng tác dụng lên nhà nhiều tầng: 128 VI.3 Đặc điểm thiết kế kết cấu, tính tốn cấu tạo : 131 VI.3.1.Đặc điểm thiết kế kết cấu : 131 VI.3.2 Các đặc điểm tính tốn: 132 VI.3.3 Các yêu cầu cấu tạo: 132 Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 4- CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP (KC BTCT) I.1Nguyên lý chung I.1.1 Nguyên tắc, khái niệm Thiết kế kết cấu bao gồm: Tính tốn thể kết cấu vẽ Sản phẩm thiết kế hồ sơ thiết kế dùng phục vụ cho thi công Hồ sơ thiết kế bao gồm: Các vẽ, thuyết minh tính tốn dự tốn cơng trình Nguyên lý chung: Thiết kế kết cấu BTCT thiết kế phận chịu lực nhà bao gồm: Cột, dầm, sàn, vách… Thiết kế kết cấu phải: Dựa thiết kế kiến trúc: đảm bảo hình khối khơng gian cơng trình Dựa tiêu chuẩn hành nhà nước thiết kế cơng trình Thiết kế phải có tính khả thi (phải thi cơng kết cấu đó) I.1.2 Quan hệ kiến trúc kết cấu Kiến trúc kết cấu có mối quan hệ mật thiết hữu cơ, tách rời - Bất kỳ hình khối khơng gian kiến trúc hình thành từ hệ kết cấu đó, ví dụ: + Các khơng gian đơn giản tạo nên từ hệ khung, tường, sàn theo lưới cột ô vuông chữ nhật; + Các khơng gian lớn, có hình dạng phức tạp tạo nên từ hệ kết cấu dàn, vòm, vỏ mỏng không gian v.v - Phương án kết cấu phải đáp ứng tốt yêu cầu chịu lực mà cịn phải phù hợp với hình khối khơng gian kiến trúc Bởi thiết kế kiến trúc từ sơ phác mặt cơng trình, phải nghĩ đến khả chịu tải trọng (gồm tải trọng đứng, ngang, gió, độngđất v.v.) tác động khác xảy biến thiên nhiệt độ độ lún lệch Nói cách khác phương án kiến trúc khả thi phải chứa đựng nội dung phương án kết cấu khả thi I.1.3 Tính khả thi phương án thiết kế Một phương án thiết kế coi khả thi đảm bảo hai yêu cầu: + Thoả mãn yêu cầu kỹ thuật sử dụng lâu dài, thoả mãn yêu cầu bền vững phù hợp với niên hạn sử dụng, thoả mãn yêu cầu phòng chống cháy điều kiện thiết bị kỹ thuật thi cơng: thi cơng điều kiện kỹ thuật cho phép; + Giá thành cơng trình khơng vượt q kinh phí đầu tư Như vậy, thiết kế cơng trình, vào nhiệm vụ thiết kế, cần phải tạo dựng số phương án Thông qua việc so sánh phương án với mặt kỹ thuật kinh tế chọn Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 5- phương án đáp ứng tốt nhiệm vụ thiết kế Việc thiết kế chi tiết tiến hành với phương án chọn I.2 Nguyên tắc thiết kế KCBTCT I.2.1 Các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật Yêu cầu kỹ thuật: Kết cấu phải đáp ứng u cầu hình khối khơng gian kiến trúc; Kết cấu thiết kế phải đảm bảo bền, cứng, ổn định, biến dạng bé (nứt, võng), tuổi thọ cao,… Kết cấu phải tính tốn thiết kế với tải trọng tác động xảy trình sử dụng q trình thi cơng có số trường hợp nội lực xuất q trình thi cơng lớn nội lực giai đoạn sử dụng cách đáng kể Phương án chọn phải phù hợp với khả kỹ thuật thi cơng có có, cần lưu ý phương án kết cấu khó thi cơng thường khó đảm bảo u cầu chất lượng kỹ thuật Khi chọn phương án kết cấu thi công thường phải cân nhắc đến kết cấu toàn khối (đổ chỗ), kết cấu lắp ghép kết cấu nửa lắp ghép Sơ đồ kết cấu phải rõ ràng, phản ánh làm việc thực tế kết cấu; Không nên chọn phương án kết cấu có sơ đồ dễ tính tốn nội lực mà không thỏa mãn độ cứng điều kiện thi cơng, phải thiên tính hợp lý phân phối nội lực kết cấu Nên sử dụng kết cấu siêu tĩnh so với kết cấu tĩnh định Vật liệu lựa chọn theo điều kiện thực tế u cầu cụ thể cơng trình thiết kế, ưu tiên sử dụng loại vật liệu có cường độ cao, bê tơng ứng suất trước,… Cần chọn phương án kết cấu hợp lý cho tất yêu cầu kỹ thuật trên: phương án chịu lực tốt, độ cứng cao, có tính khả thi cho phép thi công nhanh, tuổi thọ cao Yêu cầu kinh tế Kết cấu phải có giá thành hợp lý Giá thành cơng trình cấu thành từ tiền vật liệu, tiền thuê khấu hao máy thi công (bao gồm lượng tiêu hao), tiền nhân cơng v.v Đối với cơng trình thông thường, tiền vật liệu chiếm tỷ trọng lớn Khi cần phải chọn phương án kết cấu có chi phí vật liệu thấp nhất: sử dụng vật liệu hợp lý, tiết kiệm hiệu quả: Tuy có cơng trình mà tiền th máy móc thi cơng nhân cơng chiếm phần lớn, việc tiết kiệm chút vật liệu khơng có ý nghĩa so với việc đảm bảo an toàn tuyệt đối cho kết cấu giai đoạn thi công sử dụng Kết cấu phải thiết kế cho tiến độ thi cơng bảo đảm Vì việc đưa cơng trình vào sử dụng hạn có ý nghĩ kinh tế - xã hội to lớn không cơng trình cơng nghiệp mà cơng trình dân dụng quốc phịng Do vậy, để đảm bảo tiêu kinh tế hợp lý cho công trình cần phải gắn liền việc thiết kế kết cấu với việc thiết kế biện pháp tổ chức thi cơng I.2.2 Trình tự bước thiết kế kết cấu BTCT Thiết kế kết cấu BTCT gồm hai việc là: Tính tốn, cấu tạo hình thành vẽ Bước Chọn phương án kết cấu Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 6- Căn không gian hình khối kiến trúc, điều kiện địa chất, thủy văn, điều kiện thi công để lập phương án kết cấu, chọn sơ đồ kết cấu hợp lý, nhằm đạt hiệu kinh tế Lựa chọn vật liệu sử dụng: Cấp độ bền bê tông, cốt thép,… Bước Tính tốn sơ kích thước tiết diện cấu kiện chịu lực: Căn sơ đồ kết cấu, tải trọng, tính gần nội lực số tiết diện từ tính tốn, lựa chọn sơ kích thước tiết diện, dựa vào kinh nghiệm, vào thiết kế có sẵn để chọn Bước Tính toán tải trọng tác động: Căn TCVN 2737-95 Việc xác định loại tải trọng phụ thuộc nhiều vào sơ đồ kết cấu, bao gồm: Tĩnh tải: Là tải trọng có vị trí, điểm đặt, phương chiều khơng thay đổi q trình sử dụng xác định theo yêu cầu cấu tạo sổ tay kết cấu Gồm có trọng lượng thân kết cấu, lớp cấu tạo kiến trúc, tường ngăn cố định… (tác dụng theo phương đứng) Hoạt tải: Là tải trọng thay đổi điểm đặt, trị số, phương chiều tác dụng, có hai thành phần: Ngắn hạn dài hạn (tác dụng theo phương ngang phương đứng) Tải trọng gió: Tải trọng gió tĩnh gió động phụ thuộc vào vị trí xây dựng Tải trọng đặc biệt: Là tải trọng xảy gồm có tải trọng động đất (lực qn tính tác dụng vào cơng trình), lún khơng đều, thay đổi nhiệt độ bên bên kết cấu, tải trọng nổ… Về mặt trị số: Tải trọng tiêu chuẩn (Pc): Còn gọi giá trị tiêu chuẩn tải trọng, trị số lấy giá trị thường gặp q trình sử dụng cơng trình xác định theo kết thống kê Tải trọng tính tốn (P): P= γPc γ- Hệ số độ tin cậy tải trọng, xác định theo xác suất đảm bảo quy định để kể đến tình bất ngờ, đột xuất mà tải trọng vượt trị số tiêu chuẩn Theo TCVN 2737-1995: 1,2 ÷ 1,4 Đối với tải trọng tạm thời; γ= 1,1 ÷ 1,3 Đối với tải trọng thường xuyên; 0,8 ÷ 0,9 Nếu tải trọng giảm gây bất lợi cho kết cấu(Ví dụ: Tính đối trọng cho cơng xơn) (Chú ý: Tổ hợp tải trọng: Tiêu chuẩn nước ngoài) Các tác động: Gồm tác dụng móng lún khơng thay đổi nhiệt độ Bước Tính tốn nội lực tổ hợp nội lực Có hai cách: Xác định nội lực theo sơ đồ đàn hồi Xác định nội lực theo sơ đồ khớp dẻo (phương pháp cân giới hạn) a c a b Sơ đồ đàn hồi a>b c c Sơ đồ khớp dẻo: Huy động hết khả làm việc vật liệu: có phân phối lại nội lực: tiết kiệm tận dụng hợp lý làm việc vật liệu nhiên góc xoay lớn gây võng nứt Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 7- 4.1 Xác định nội lực theo sơ đồ đàn hồi: Giả thiết vật liệu đàn hồi, đồng chất đẳng hướng, bê tông cốt thép vật liệu đàn hồi dẻo, biến dạng kết cấu không tỷ lệ bậc với tải trọng, độ cứng cấu kiện thay đổi đáng kể kích thước tiết diện khơng thay đổi dọc theo trục nó… Mặc dù có nhiều điều khơng phù hợp phương pháp sử dụng thiên an tồn, hay sử dụng bảng tính sẵn, cơng thức sẵn chương trình để giải tốn tìm nội lực Cách thức: Dùng phương pháp lý thuyết đàn hồi, sức bền vật liệu, học kết cấu để tìm trường ứng suất nội lực kết cấu, tìm nội lực trường hợp tải (có nhiều trường hợp tác dụng hoạt tải) sau tiến hành cộng đại số để tìm nội lực lớn nhất, nguy hiểm 4.2 Xác định nội lực theo sơ đồ khớp dẻo: (Đọc sách) Khái niệm khớp dẻo: (xem lại sách BTCT – phần cấu kiện bản) Tổ hợp nội lực: Tìm cặp nội lực nguy hiểm cho cấu kiện Cấu kiện chịu uốn: (N≤0,1ARb) với N lực dọc; A diện tích tiết diện ngang, Rb: Cường độ chịu nén tính tốn bê tơng chọn cặp nội lực: Cặp 1: Mmax; Cặp 2: Mmin; Cặp 3: Qmax Trong phần tử (1 đoạn xà ngang) phải tổ hợp cho đoạn tiết diện đặc trưng: đầu, giữa, cuối Với kết cấu có M, N, Q lớn phải tính cho kết cấu chịu kéo-nén uốn Bước Kiểm tra lại kích thước tiết diện chọn Căn vào nội lực lớn tiết diện nguy hiểm cấu kiện yêu cầu cường độ, biến dạng, khe nứt để xét tính hợp lý việc lựa chọn tiết diện Nếu cần phải thay đổi, thay đổi lớn phải tính lại nội lực Lấy mô men số tiết diện để kiểm tra lại Điều kiện kiểm tra: Kích thước giả thiết bgtxhgt phải gần kích thước tính tốn h ≥2 M R b htt=h0+a ≈ hgt Nếu mơ men qn tính tiết diện kiểm tra nhỏ lần mơmen qn tính tiết diện chọn sơ cho lấy kích thước giả thiết để tính tốn bgtxhgt Igt≈2Itt Bước Tính tốn, chọn bố trí cốt thép Nếu chọn kích thước tiết diện hợp lý tính tốn cốt thép chịu lực, chọn đường kính, số lượng bố trí cốt thép Chú ý kiểm tra hàm lượng cốt thép nằm phạm vi cho phép tiêu chuẩn qui định Bước Kiểm tra, tính tốn số điều kiện khác Kiểm tra điều kiện sử dụng bình thường: Võng, bề rộng vết nứt, vận chuyển cẩu lắp Đối với kết cấu toàn khối, khơng có u cầu chống thấm, khơng nằm mơi trường xâm thực, kích thước tiết diện đủ lớn đảm bảo yêu cầu cấu tạo thông thường khơng cần kiểm tra võng nứt Kiểm tra nén cục Điều kiện chọc thủng Kiểm tra giật đứt Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 8- Đối với kết cấu lắp ghép: Ngoài tính tốn cần phải kiểm tra cường độ bề rộng khe nứt giai đoạn chế tạo, vận chuyển, lắp dựng, tính tốn vị trí móc cẩu, tính mối nối, liên kết lắp ghép Trong số trường hợp cần kiểm tra thêm giai đoạn sửa chữa cải tạo Bố trí cốt thép kiểm tra hợp lý việc bố trí cách sử dụng biểu đồ bao vật liệu Bước Thể vẽ Kết tính tốn cần thể vẽ để phục vụ thi công Bản vẽ phải ghi đầy đủ kích thước, chủng loại thép, ghi cần thiết (về vật liệu, thi công) thống kê vật liệu Xem yêu cầu vẽ kết cấu BTCT yêu cầu cấu tạo để thể hoàn thiện vẽ cách đầy đủ, xác chi tiết Hồ sơ thiết kế: Bao gồm: Thuyết minh tính tốn, vẽ dự tốn Thuyết minh tính tốn: Trình bày nhiệm vụ thiết kế, phương án so sánh phương chọn, phần tính tốn cấu tạo trình bày cách xác, rõ ràng đầy đủ ngắn gọn súc tích thể cách khoa học nghiêm túc Bản vẽ: Là hồ sơ quan trọng nhất, thể nội dung tính tốn, bố trí cốt thép phù hợp với cấu kiện quy định hành Dự toán: Xác định khối lượng, đánh giá tính tốn, giải pháp thi cơng cho phù hợp yêu cầu địa phương, loại cơng trình u cầu: Hồ sơ kiểm định để đánh giá lại q trình tính tốn để xem có phù hợp với quy định khơng I.2.3 Nguyên tắc cấu tạo kết cấu BTCT Khái quát: Tiết diện, cốt thép vật liệu vấn đề lớn kết cấu địi hỏi xác hợp lý Những yêu cầu cấu tạo phải thỏa mãn lực, truyền lực phận, ổn định, cho phép hay không cho phép nứt, chống hư hỏng môi trường phù hợp với thi công tiết kiệm vật liệu Nội dung: - Chọn hình dạng, kích thước tiết diện ngang cấu kiện hợp lý, làm tăng khả chịu lực, tiết kiệm vật liệu, đảm bảo mỹ quan cho cơng trình Việc lựa chọn cần xuất phát từ điều kiện thi công thực tế, yêu cầu chống thấm, tác động môi trường, cần chọn loại bê tơng cốt thép thích hợp Kích thước tiết diện cịn phải phù hợp với việc định hình hố ván khn - Cốt thép phải bố trí thỏa mãn yêu cầu cấu tạo số lượng, đường kính, khoảng cách tối thiểu, tối đa;, neo, uốn, nối , nhằm dễ thi cơng, đảm bảo lực dính, giảm khe nứt Bố trí cốt thép cần đảm bảo lớp bảo vệ, khoảng cách thép: bố trí vùng chịu kéo nên bố trí theo quỹ đạo ứng suất kéo - Đặt cốt thép cấu tạo để chịu nội lực xuất sai lệch sơ đồ thực sơ đồ tính, sai lệch dạng tải trọng đưa vào tính tốn dạng tải trọng thật, tác động bất thường, chênh lệch nhiệt độ, co ngót, lún lệch, ứng suất co ngót bê tơng, thay đổi nhiệt độ mà tính tốn khơng kể đến Cốt thép cấu tạo cịn đặt vào nơi mà trạng thái ứng suất phức tạp, khó khảo sát cách chắn, xử lý kinh nghiệm hay thí nghiệm mơ hình - Mối nối: Phải đảm bảo quy định neo, uốn, nối cốt thép, khoảng cách cốt đai khu vực mối nối Các chi tiết mối nối nghiên cứu thận trọng để đảm bảo dễ thi cơng, dễ đổ bê tơng dễ đảm bảo chất lượng Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ mơn XDDD&CN_ĐHTL - 9- - Móng bè sườn: Nhằm tăng độ cứng móng, làm sườn theo trục cột, lúc móng sàn dầm lật ngược, thường dùng bước cột lớn 9m tải trọng xuống cột >100T, chọn bề dày khoảng (1/8÷1/10) bước cột; chiều cao sườn lấy từ 1/6÷/8 bước cột Khi thiết kế móng bè cần bố trí cho tổng hợp lực tồn cơng trình qua trọng tâm móng nhằm làm cho áp lực đế móng phân bố tương đối khu vực Việc tính tốn móng bè cách tương đối xác phải dựa lý thuyết tính đàn hồi có xét tới độ cứng sườn Cách tính đơn giản coi áp lực đế móng phân bố tính sàn lật ngược, móng cứng kết gần với thực tế Móng hộp: Móng hộp BTCT thường áp dụng cho nhà có tầng hầm Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ mơn XDDD&CN_ĐHTL - 119- Câu hỏi tập ôn tập chương Câu 1: Chọn chiều sâu chơn móng phụ thuộc vào yếu tố Câu 2: Phân biệt móng cứng móng mềm Câu3: Vì thiết kế móng cọc khoảng cách cọc từ 3D-6D Câu 4: Vẽ hình nêu yêu cầu cấu tạo đài móng cọc đài thấp, giải thích Câu 5: Chọn số lượng cọc bố trí cọc cách hợp lý kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc theo điều kiện SCT cọc sử dụng Biết: Tải trọng tính tốn đáy đài N=120T, M=30Tm SCT cọc 30x30x12m [P]=20T Câu 6: Xác định số lượng cọc bố trí cọc đài móng cọc đài thấp Biết tải trọng tính tốn chân cột N=220T, M=25Tm, Q=8T biết đáy đài cách mặt đất 2m, cọc BTCT tiết diện 30x30 cm có sức chịu tải 40T Câu 7: Xác định chiều cao diện tích cốt thép cho đài móng cọc đài thấp biết cột tiết diện 30x30cm (60x40cm), cọc tiết diện 30x30 cm gồm (8)cọc bố trí cách 90cm Đài cọc BTCT mác 250 có Rb=1100T/m2, Rbt=88T/m2 thép AII có Rs=27000T/m2 Tải trọng tính tốn tác dụng lên cọc 35T Câu 8: Kiểm tra kích thước chiều cao cốt thép móng băng tường chịu lực BTCT Biết: Tường dày 20cm, chịu tải Nn=30T/m M0=2,5 Tm/m Qn=0,5T/m Móng có BT B20; bxh=2x0,4 m, chiều dài L=20m Cốt thép Fa gồm 10 ø12/m Rs=27000T/m2 Lớp bảo vệ cốt thép đáy móng 5cm Câu 9: Móng băng BTCT tường biết bt=200mm, , chịu tải Ntc=30T/m Mtc=4 Tm/m; Qtc=3T/m, cho phản lực đất [P]=22T/m2, kích thước móng băng h=0,6m, b=2,5m; lớp bảo vệ cốt thép móng đáy móng 5cm Kiểm tra điều kiện chọc thủng Câu 10: Móng đơn cột: Cho tải tính tốn chân cột: Ntt=120T, Mtt=8Tm, Qtt=5T Cho chiều sâu chơn móng 1,2m; Kích thước đáy móng Fm=1,8 x 2,4m; chiều cao móng h=800, lớp bảo vệ cốt thép móng 35mm Cho cột tiết diện 300x400 Ntt=120T Mtt=20T 1500 800 Kiểm tra điều kiện chọc thủng cột xuống móng tính tốn bố trí cốt thép cho móng (Vẽ hình mặt mặt cắt cốt thép móng) Biết bê tơng móng B15 có Rb=11MPa, Rbt=0,88MPa; thép CII có Rs=Rsc= 280MPa Câu 12: Cho đoạn cọc BTCT dài 11m, tiết diện ngang 40x40 cm thi cơng phương pháp đóng Bê tông B30, cốt thép dọc AII - Xác định vị trí móc cẩu vận chuyển - Xác định vị trí buộc cáp cẩu lắp - Tính cốt thép dọc để chịu tải trọng vận chuyển, cẩu lắp Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL 800 800 2000 Câu 11: Tính tốn kiểm tra chiều cao (chọc thủng+tiết diện nghiêng)và cốt thép cho đài móng cọc đài thấp Lớp bảo vệ cốt thép đáy móng 10cm; Đài cọc bê tơng cốt thép B15 có Rn=1100T/m2, Rk=88T/m2 thép AII có Ra=28000T/m2 800 800 - 120- Bài tập phần móng Nơng: Móng đơn cột: Cho tải tính toán chân cột: Ntt=1200kN, Mtt=80kNm, Qtt=50kN Cho chiều sâu chơn móng 1,2m; Kích thước đáy móng Fm= 2,4 x 1,8m; chiều cao móng h=800; h0=750mm, lớp bảo vệ cốt thép móng 35mm Cho cột tiết diện 300x400 Kiểm tra điều kiện chọc thủng cột xuống móng tính tốn bố trí cốt thép cho móng (Vẽ hình mặt mặt cắt cốt thép móng) Biết bê tơng móng B20 có Rb=11MPa, Rbt=0,88MPa; thép CII có Rs=Rsc= 280MPa Câu móng đơn chịu tải tâm Cho móng đơn BTCT kích thước axb = 2,0 x 1,6(m) đỡ cột kích thước bcxhc = 300x400mm Chiều sâu chơn móng H = 1,0m, chiều cao móng h= 0,5m h0=0,45m Tải trọng tính tốn chân cột N = 1200 kN Móng sử dụng bê tơng B20 có Rb = 11 MPa; Rbt = 0,9 MPa thép CII có Rs = 280MPa u cầu: Tính tốn kiểm tra cột chọc thủng móng Tính tốn, bố trí, vẽ hình cốt thép móng Bài tập phần móng cọc Kiểm tra điều kiện chọc thủng điều kiện tiết diện nghiêng Tính tốn cốt thép cho đài Vẽ hình gồm mặt cắt mặt thép đài cọc với đầy đủ số liệu thiết kế sau: Đài cọc cao h=850; h0 =700mm, chiều sâu chôn đài hm=1150; bê tông đầu cọc đài 100, râu thép cọc neo vào đài 600, bê tơng lót dày 100, mác 75 Biết bê tơng móng B20 có Rb=11,5MPa; Rbt= 0,9MPa; thép CII có Rs=Rsc= 280MPa P1 400 P5 P4 250 100 P2 P3 700 700 1900 100 100 M0y 250 500 500 250 100 100 1500 Kiểm tra tải trọng truyền đầu cọc biết trọng lượng cọc qc=14,0kN; Sức chịu tải thiết kế cọc 400kN 300 N0 850 300 Cho móng cọc hình vẽ; Tải trọng tính tốn đáy đài: N0=1350kN; M0y=320kNm; cột tiết diện 300x400; cọc tiết diện 250x250; Yêu cầu 250 100 Bài tập vận chuyển cẩu lắp cọc Cho đoạn cọc đúc sẵn dài 9m, tiết diện ngang 300x300mm, bố trí 420, lớp bảo vệ cốt thép cọc c=35mm Vẽ sơ đồ tính kiểm tra cọc vận chuyển cẩu lắp Cho bê tơng B20 có Rb=11,5MPa, thép CII có Rs=280MPa Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ mơn XDDD&CN_ĐHTL - 121- CHƯƠNG VI: KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG BTCT VI.1 Khái niệm chung, đặc điểm thiết kế tải trọng VI.1.1 Khái nhiệm chung a Định nghĩa Cùng với phát triển Khoa học kỹ thuật, gia tăng dân số, giá đất tăng nhanh, nhà nhiều tầng ngày xây dựng nhiều Ở số nước nhà nhiều tầng chiếm khoảng 30-50% tổng khối lượng xây dựng nói chung Nhà nhiều tầng dùng làm nhà ở, văn phịng, khách sạn sản xuất cơng nghiệp dệt, hóa chất Việc phân loại nhà nhiều tầng cịn mang tính chất tương đối tùy theo nước, gắn liền với điều kiện kinh tế, kỹ thuật xã hội riêng biệt * Trong hội thảo Quốc tế 1971 Moxkva, nhà khoa học tạm phân loại: + Nhà nhiều tầng loại I : - 16 tầng ( 50m) + Nhà nhiều tầng loại II : 17 - 25 tầng ( 75m) + Nhà nhiều tầng loại III : 26 - 40 tầng ( 100m) + Nhà siêu cao ( chọc trời) : 40 tầng ( 100m) * Một khái niệm đưa nhà cao tầng mang tính khoa học hơn: Nhà nhiều tầng nhà mà chiều cao ảnh hưởng tới ý đồ cách thức thiết kế khác với nhà thơng thường Ngồi chiều cao nhà ảnh hưởng đến quy hoạch, thi công sử dụng Về mặt thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng xuất đề phức tạp móng, kết cấu chịu lực ngang, ổn định tổng thể dao động cơng trình * Ở Trung Quốc, nhà dân dụng ≥8 tầng xem nhà cao tầng, thiết kế kết cấu phải tuân theo qui định có liên quan thiết kế nhà cao tầng Nhà 30 tầng (haytrên 100m) nhà siêu cao Những nhà cao giới Sears Tower, Chicago (72/74), 110 tầng, 443m; tháp đôi Petronas - Malaysia 452m ( 1997), 88 tầng; Taipei 101 - Taiwan (2004), 101 tầng Ở Dubai xây dựng tháp BURJ DUBAI dự kiến cao đến 800m Ở nước ta, có số nhà cao 20- 30 tầng Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh Hiện có dự án xây dựng nhà siêu cao 50 – 60 - 75 tầng b Phân loại nhà nhiều tầng: Được phân theo nhiều cách sau: Theo mục đích sử dụng : - Nhà ở, Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 122- - Nhà làm việc dịch vụ khác, - Khách sạn Theo hình dạng : - Nhà dạng tháp, - Nhà dạng Theo vật liệu dùng để thi công kết cấu chịu lực : - Nhà BTCT, - Nhà thép, - Nhà hỗn hợp thép BTCT Theo thống kê 10 nhà cao 300m, có nhà KC thép, nhà BTCT Trong 100 nhà nhiều tầng xây dựng năm 1991, có 54 nhà thép, 19 nhà BTCT, 27 nhà hỗn hợp Theo sơ đồ kết cấu : - Nhà khung, - Nhà tấm, - Nhà hệ lõi, - Nhà hệ hộp - Nhà hỗn hợp, VI.1.2 Đặc điểm thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng - Tải trọng ngang nhân tố chủ yếu kết cấu - Hạn chế chuyển vị ngang: kết cấu nhà nhiều tầng phải đảm bảo độ cứng để khống chế chuyển vị ngang Độ cao cơng trình tăng, chuyển vị ngang tăng nhanh so với tăng cường độ - Yêu cầu thiết kế chống động đất cao: Khi kết cấu cơng trình chịu động đất cần phải có tính dẻo định để khiến cho kết cấu tác động tải trọng động đất mạnh phận rơi vào trạng thái giới hạn cịn lực biến hình đàn hồi thơng qua biến hình đàn hồi kết cấu thi hút lượng động đất sinh khiến cho kết cấu tri fmootj lực hciuj tải định - Độ bền vững - Giảm nhẹ trọng lượng thân kết cấu có vai trị quan trọng VI.1.3 Đặc điểm tải trọng nhà nhiều tầng - Trọng lượng thân nhà lớn dần theo số tầng gây khó khăn cho việc xử lý móng - Khả chất đầy hoạt tải tầng giảm số tầng tăng lên, việc tính tốn giảm tải theo TCVN 2737:1995 có ý nghĩa so với nhà tầng Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 123- - Nhiều khả phải kể đến thành phần động tải trọng gió, tổng tải trọng gió tăng lên - Do tính chất quan trọng cơng trình cần phải xét đến tải tọng động đất Như tải trọng ngang tác dụng lên nhà nhiều tầng yếu tố ảnh hưởng định đến hệ kết cấu nhà VI.2 Các hệ KC chịu lực sơ đồ làm việc nhà nhiều tầng: VI.2.1 Các hệ kết cấu chịu lực nhà nhiều tầng: a Các cấu kiện chịu lực : Các cấu kiện chịu lực nhà gồm: - Cấu kiện dạng như: Cột, dầm - Cấu kiện phẳng: Tường, hệ lưới dạng dàn phẳng, sàn phẳng có sườn - Cấu kiện không gian: Lõi cứng, lưới hộp gồm cấu kiện phẳng ghép lại Hệ kết cấu chịu lực nhà nhiều tầng phận chủ yếu cơng trình, tiếp nhận loại tải trọng truyền xuống đất Nó tạo thành từ nhiều lọai cấu kiện Trong nhà cao tầng tải trọng ngang yếu tố chủ yếu thiết kế kết cấu, việc hạn chế chuyển vị ngang cần thiết, đòi hỏi kết cấu phải có độ cứng lớn bố trí hợp lý Yêu cầu hệ chịu lực nhà là: - Mỗi cấu kiện phải đủ khả chịu lực, có biến dạng dao động khơng q lớn - Hệ kết cấu phải đảm bảo ổn định tổng thể b Các hệ kết cấu chịu lực nhà gồm: - Hệ khung chịu lực: Được tạo thành từ cấu kiện dạng cột theo phương đứng, dầm theo phương ngang liên kết cứng Các khung phẳng liên kết với qua ngang tạo thành khối khung khơng gian có mặt vuông, chữ nhật, đa giác, Để tăng độ cứng ngang khung bố trí thêm xiên số nhịp suốt chiều cao nhà, cịn thêm số dàn ngang tầng số tầng trung gian, liên kết khung với kết cấu dàn đứng nầy hiệu chịu lực hệ tăng thêm 30% Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 124- - Hệ tường (vách cứng) chịu lực: Các cấu kiện thẳng đứng chịu lực nhà tường phẳng Theo cách bố trí tường có sơ đồ sau: Tường dọc chịu lực, tường ngang chịu lực, tường ngang tường dọc chịu lực Tường chịu tải trọng ngang tải trọng đứng * Tải trọng ngang truyền đến tường chịu tải thông qua sàn ( xem tuyệt đối cứng mặt phẳng chúng) Do vách cứng làm việc cơng xon có chiều cao tiết diện lớn Khả chịu tải vách cứng phụ thuộc phần lớn vào hình dạng tiết diện ngang chúng ( tuỳ theo cấu tạo có dạng chữ nhật, chữ I, chữ T hay chữ C) * Hiện VLXD đa dạng, nên cấu trúc tường đa dạng Ngoài việc xây gạch đá, hệ lưới tạo thành từ cột đặt gần liên kết qua dầm ngang, xiên xem loại kết cấu nầy * Hệ tường chịu lực thích hợp cho loại nhà cần phân chia không gian bên ( nhà ở, làm việc, khách sạn, ), cao đến 20 tầng - Hệ lõi chịu lực: Lõi có dạng hộp rỗng, tiết diện kín hở, tiếp nhận loại tải trọng truyền xuống đất Phần không gian bên lõi thường bố trí thang máy, khu WC, đường ống kỹ thuật Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 125- - Hệ hộp chịu lực: Ở hệ nầy, sàn gối lên kết cấu chịu tải nằm mặt phẳng tường ngồi mà khơng cần gối trung gian khác bên * Có nhiều giải pháp kết cấu khác cho tường chịu tải hệ hộp * Hệ hộp với giải pháp lưới khơng gian có chéo thường dùng cho nhà có chiều cao cực lớn - Hệ hỗn hợp: Các hệ hỗn hợp tạo thành từ kết hợp hai nhiều hệ kể trên: VI.2.2 Các loại sơ đồ kết cấu nhà nhiều tầng phổ biến: a Nhà có sơ đồ khung: - Kết cấu chịu lực khung, tường có tác dụng bao che, phân chia không gian tự chịu lực Tùy thuộc mặt cơng trình bố trí khung phẳng hay khung không gian - Ưu điểm: Kết cấu rõ ràng Bố trí mặt linh hoạt, dễ tạo khơng gian lớn Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 126- - Nhược điểm: Chưa tận dụng khả chịu lực tường, độ cứng ngang nhỏ , Với nhà cao tầng kích thước cột dầm lớn, ảnh hưởng đến sử dụng, thẩm mỹ, b Nhà có sơ đồ vách cứng - Kết cấu chịu lực vách cứng (tường) Sàn chịu tải trọng đứng truyền lên tường - Ưu điểm: Các tường vừa có tác dụng chịu lực, vừa bao che vách ngăn; Có khả giới hóa cao thi cơng xây dựng - Nhược điểm: Bố trí mặt khơng linh hoạt; Khó tạo khơng gian lớn c Nhà có sơ đồ kết hợp khung - vách Sử dụng sơ đồ nhà kết hợp dựa vào làm việc hợp lí kết cấu Kết hợp theo phương đứng: Hệ thống khung không gian lớn tầng đỡ vách cứng bên trên, biện pháp đáp ứng yêu cầu không gian tương đối lớn tầng dưới: nhà ăn, cửa hàng , đồng thời khả chịu tải trọng ngang lớn Kết hợp theo phương ngang: Bố trí mặt gồm khung vách cứng, vách cứng chủ yếu chịu tải trọng ngang Biện pháp lấy lợi bổ sung cho kia, cơng trình vừa có khơng gian theo u cầu vừa có khả chịu tải trọng cao Tùy theo cách làm việc hệ, có hai dạng nhà kết hợp theo phương ngang: Nhà có sơ đồ giằng: Khi khung chịu phần tải trọng đứng tương ứng với diện tích truyền tải đến nó, cịn tồn tải trọng ngang phần tải trọng đứng lại vách cứngchịu Trong sơ đồ tất nút khung có cấu tạo khớp, cột có độ cứng chống uốn vơ bé Nhà có sơ đồ khung giằng: Khung tham gia chịu tải trọng đứng tải trọng ngang với vách cứng Khung có liên kết cứng nút Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 127- VI.2.3 Tải trọng tác dụng lên nhà nhiều tầng: a Tải trọng thẳng đứng: + Tỉnh tải: Trọng lượng cơng trình, lấy theo cấu tạo cụ thể + Hoạt tải: Tải trọng sử dụng sàn, lấy theo qui phạm Bởi xác suất xuất đồng thời tải trọng sử dụng tất sàn giảm tăng số tầng nhà, nên tiêu chuẩn thiết kế đưa hệ số giảm tải tính cấu kiện thẳng đứng chịu lực (phụ thuộc số tầng diện tích sàn tính, xem tiêu chuẩn thiết kế “tải trọng tác động” TCVN 2737-95) b Tải trọng gió: Sự phân bố áp lực gió lên bề mặt cơng trình khơng (phía đón gió áp lực lớn trục giữa, phía gió hút áp lực lớn mép, góc kết cấu bao che), ngồi kiểm tra nội lực chuyển vị tổng thể, cần kiểm tra cấu kiện cục chịu áp lực gió tăng cục Lực gió tác động lên bề mặt cơng trình có tính chất đợt, thay đổi mạnh yếu theo thời gian làm cho cơng trình chấn động, tác động gió gồm hai thành phần tĩnh động Theo TCVN 2737-95, tính tốn nhà nhiều tầng cao 40m, nhà công nghiệp tầng cao < 36m với tỷ số độ cao nhịp (H/B) < 1,5, không cần xét đến thành phần động * Thành phần tĩnh (trị số tiêu chuẩn) tải trọng gió độ cao Z so với cốt chuẩn: W = W0.k.c Trong đó: W0- giá trị áp lực gió lấy theo đồ phân vùng (TCVN 2737-95) k - hệ số tính đến thay đổi độ cao dạng địa hình c - hệ số khí động * Thành phần động tải trọng gió độ cao z xác định : Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 128- a) Đối với cơng trình phận kết cấu có tần số dao động riêng f1(Hz) lớn tần số dao động riêng fL quy định: WP = W.ζ.ν Trong đó:W giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh tải trọng gió ζ hệ số áp lực động tải trọng gió độ cao z ν hệ số tương quan không gian áp lực động tải trọng gió, lấy theo bề mặt tính tốn (gồm bề mặt đón gió, khuất gió, tường bên, mái mà qua áp lực gió truyền lên kết cấu chịu lực) b) Đối với nhà có mặt đối xứng có f1 < fL cơng trình có f1 < fL < f2 (f2 tần số dao động riêng thứ cơng trình): WP = m.ξ.ψ.y m - khối lượng phần cơng trình mà trọng tâm có độ cao z; ξ - hệ số động lực xác định đồ thị y - dịch chuyển ngang cơng trình độ cao z ứng với dạng dao động riêng thứ ψ - hệ số xác định cách chia cơng trình thành r phần, phần tải trọng gió khơng đổi: ψ= ∑ ∑ Mk - khối lượng phần thứ k cơng trình; yk - dịch chuyển ngang trọng tâm phần thư k ứng với dao động riêng thứ nhất; Wpk- Thành phần động phân bố tải trọng gió phần thứ k cơng trình, xác định theo trường hợp a c) Đối với nhà nhiều tầng có độ cứng, khối lượng bề rộng mặt đón gió khơng đổi theo chiều cao: = 1,4 Wph- giá trị tiêu chuẩn thành phần động tải trọng gió độ cao H đỉnh cơng trình, xác định theo cơng thức trường hợp a Các cơng trình có fs < fL cần tính tốn động lực có kể đến s dạng dao động đầu tiên, s xác định sau: fs < fL < fs+1 c Tải trọng động đất: Động đất hay địa chấn rung động vỏ trái đất (do hoạt động kiến tạo vụ nổ), diễn bất ngờ khơng kéo dài, làm phát sinh lực qn tính phận cơng trình Cấu tạo tính tốn kháng chấn để cơng trình chịu trận động đất yếu thường xảy ra, với động đất mạnh cơng trình bị hư hỏng không bị sụp đổ để đảm bảo an tồn tính mạng người sử dụng Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 129- Hiện việc xác định tải trọng động đất tác dụng lên cơng trình cách xác khó khăn phụ thuộc vào nhiều yếu tố (tính chất chuyển động địa chấn, tính chất động học cơng trình, đất, ) Có thể tính tốn cơng trình chịu động đất theo hai phương pháp sau : - Phương pháp động lực: Xác định trực tiếp trạng thái ứng suất - chuyển vị kết cấu chịu tải từ gia tốc đồ ghi lại chuyển động đất động đất xãy - Phương pháp tĩnh lực: Thay lực động đất thực tác dụng lên cơng trình lực tĩnh ảo có hiệu ứng tương đương (phương pháp tải trọng ngang thay thế) Theo phương pháp tồn cơng trình xem vật rắn tuyệt đối đặt đất, lực động đất tác dụng lên cơng trình theo phương ngang, tích khối lượng cơng trình với gia tốc * Ưu điểm : tính tốn đơn giản, áp dụng cho cơng trình có hình dáng * Nhược điểm: không phản ánh trạng thái chịu lực thực Tuy phương pháp động lực cho kết xác tính tốn phức tạp địi hỏi phải có số liệu thực tế phổ biến tính tốn theo phương pháp tĩnh lực Tính theo phương pháp phổ phản ứng theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương theo TCXDVN 375:2007 Tiêu chuẩn UBC Mỹ, 1979 (Uniform Building Code): Tiêu chuẩn kháng chấn số nước khác qui định xác định lực cắt ngang chân cơng trình trước sau phân phối lên tầng Theo UBC, lực cắt cực đại chân cơng trình với dạng dao động thứ i: Fi = Ci.Q Trong Q - trọng lượng tồn cơng trình; Ci - hệ số địa chấn dạng thứ i: Ci = Z.I.K.C.S Z - hệ số cường độ địa chấn Z=3/16÷=1 I - hệ số tầm quan trọng cơng trình I=1÷1,5 K - hệ số giảm chấnK = 0,7 cho kết cấu dẻo, K = 0,8 cho hệ khung giằng, K = 1,3 cho hệ kết cấu hỗn hợp, K =1 cho loại kết cấu khác C - hệ số động lực, = ≤ 0,12 S - hệ số cộng hưởng đất - kết cấu, =1+ − 0,5( ) ≥ ℎ Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL ≤1 - 130- = 1,2 − 0,6 − 0,3( ) > ℎ >1 T0 chu kỳ dao động đặc trưng * Một số dạng tác động khác lên nhà cao tầng: - Tác động co ngót, từ biến bêtơng - Ảnh hưởng lún không - Do ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ, độ ẩm môi trường - Do sai lệch thi công, thi công cơng trình lân cận - Do khai thác khống sản, nước ngầm nhà, VI.3 Đặc điểm thiết kế kết cấu, tính tốn cấu tạo : VI.3.1.Đặc điểm thiết kế kết cấu : Thiết kế nhà nhiều tầng, vấn đề kết cấu chiếm vai trò quan trọng Việc chọn hệ kết cấu khác nhau, trực tiếp ảnh hưởng đến vấn đề bố trí mặt bằng, hình khối, độ cao tầng, thiết bị điện, đường ống kỹ thuật, yêu cầu kỹ thuật, tiến độ thi cơng, giá thành cơng trình Các đặc điểm chủ yếu cần lưu ý là: a Tải trọng ngang nhân tố chủ yếu thiết kế kết cấu Trong kết cấu nhà thấp tầng, ảnh hưởng tải trọng ngang sinh nhỏ, chủ yếu tải trọng đứng Theo gia tăng chiều cao, nội lực chuyển vị tải trọng ngang sinh tăng lên nhanh Nếu xem cơng trình ngàm : * Tải phân bố tam giác : * Tải phân bố chữ nhật: = = ; ; = = b Hạn chế chuyển vị ngang: Theo tăng chiều cao, chuyển vị ngang tăng nhanh, thiết kế không yêu cầu kết cấu đủ cường độ, mà phải đủ độ cứng để chống lực ngang, hạn chế chuyển vị ngang phạm vi định Nếu chuyển vị ngang lớn làm tăng thêm nội lực phụ, độ lệch tâm tăng nhanh, làm cho người cảm thấy khó chịu sụp đổ cơng trình Chuyển vị lớn cịn làm cho tường, chi tiết trang trí, ốp lát, hệ thống điện nước nứt, hư hỏng, ray thang máy biến dạng c Yêu cầu thiết kế chống động đất cao Ở vùng có động đất, ngồi việc tính đến tải trọng đứng, tải trọng gió cịn làm cho kết cấu có tính chống động đất tốt, để khơng bị hư hại có động đất nhỏ, gặp động đất tương đương Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 131- cấp thiết kế qua sửa chữa bình thường sử dụng Cịn gặp động đất lớn có hư hại khơng nguy hiểm cho tính mạng người thiết bị sản xuất quan trọng, nứt khơng sụp đổ d Giảm nhẹ trọng lượng thân Có ý nghĩa cơng trình bình thường Cùng điều kiện đất, giảm trọng lượng thân xây dựng nhiều tầng Hiệu ứng động đất tỷ lệ thuận với trọng lượng cơng trình, giảm nhẹ trọng lượng thân giảm nội lực cấu kiện, tiết kiệm vật liệu, hạ giá thành VI.3.2 Các đặc điểm tính tốn: - Tính tốn nội lực tác dụng tải trọng đứng: Nói chung khơng cần tiến hành tính tốn vị trí bất lợi hoạt tải Vì nhà nhiều tầng thường kết cấu khơng gian ba chiều, nhiều tầng nhiều nhịp, khả bố trí hoạt tải q nhiều, khơng thể tính tốn trường hợp Mặc khác, nhà nhiều tầng, trọng lượng thân kết cấu chiếm tỷ lệ lớn (#1500kg/m2) so với hoạt tải (200-300kg/m2) vị trí bất lợi hoạt tải ảnh hưởng tới nội lực nhỏ Khi hoạt tải tương đối lớn, mômem nhịp dầm có ảnh hưởng bất lợi, nên mơmen nhịp nhân với hệ số 1,1 - 1,2 - Các cấu kiện thẳng đứng chịu tải cơng trình liên kết với thành hệ không gian Nhưng việc tính tốn thực dạng toán phẳng tiến hành việc phân phối tải trọng ngang theo độ cứng tương đối cấu kiện chịu tải - Đối với nhà nhiều tầng việc tính tốn với tải trọng động chủ yếu tập trung vào việc xác định chu kỳ dạng dao động chúng Từ cho phép xác định tải trọng tác dụng tiếp xác định trạng thái ứng suất theo phương pháp tĩnh học thông thường VI.3.3 Các yêu cầu cấu tạo: a Dạng cơng trình: - Hình dạng mặt nhà: Cần đơn giản (vng, trịn tốt nhất), gọn có độ cứng chống xoắn lớn (tâm cứng trùng với trọng tâm) Nếu mặt phức tạp, trải dài cần cấu tạo khe kháng chấn - Hình dạng theo chiều cao: Theo phương đứng nhà phải đơn điệu liên tục, cân đối, tránh thay đổi đột ngột hình dạng theo chiều cao nhà Cân đối tỷ lệ chiều cao bề rộng nhà b Độ cứng, cường độ : - Theo phương đứng: Nên tránh thay đổi đột ngột phân bố độ cứng cường độ chiều cao nhà Nếu cơng trình có tầng mềm biến dạng có khuynh hướng tập trung tầng dễ gây sụy đổ tồn cơng trình - Theo phương ngang: Nếu tầng có cột dài lẫn cột ngắn, lực cắt tập trung cột ngắn cứng hơn, bị phá hoại trước cột dài, điều nầy tương tự dầm Trường hợp Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 132- nầy nên tách kết cấu tự mang (vách ngăn, ) khỏi kết cấu chịu lực, giảm bớt chiều cao tiết diện cấu kiện ngắn c Bậc siêu tĩnh: Ở nhà chịu ứng suất phát sinh chênh lệch nhiệt độ, lún khơng số bậc siêu tĩnh nên thấp Nhưng ngược lại chịu tải trọng ngang bậc siêu tĩnh phải cao để tránh cho cơng trình khơng bị đổ có phận bị phá hoại trước d Tương quan độ cứng cột dầm: Thông thường phải thiết kế cho khớp dẻo dầm xuất trước sau cột Hay nói cách khác, thiết kế cột dầm, an tồn cơng trình tận dụng khả làm việc phận cơng trình e Lựa chọn vật liệu loại nhà - Có thể lựa chọn vật liệu làm kết cấu chịu lực thép, bêtông cốt thép hay hỗn hợp cho phù hợp - Có thể lựa chọn nhà khung, nhà tấm, nhà kết hợp, Câu hỏi tập ôn tập chươ ng VI Câu 1: Tính tóan thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng cần ý đặc điểm Câu 2: Khi cần tình tốn tải trọng gió động Câu 3: Phân biệt nhà có sơ đồ kết cấu giằng, khung giằng Bài giảng: Kết cấu nhà BTCT_Bộ môn XDDD&CN_ĐHTL - 133-