Bài giảng Nhập môn thiết kế nhà và công trình dân dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP THS ĐỒN XN Q NHẬP MƠN THIẾT KẾ NHÀ VÀ CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG HÀ NỘI – 2018 MỤC LỤC MỞ ĐẦU iii Chương 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TK NHÀ VÀ CT DÂN DỤNG 01 NHÀ VÀ CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG 01 CÁC BỘ PHẬN KẾT CẤU NHÀ 02 Chương 2: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KC NHÀ VÀ CƠNG TRÌNH 06 YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT KẾ KẾT CẤU 06 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG 07 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ KẾT CẤU 11 QUAN HỆ GIỮA THIẾT KẾ KIẾN TRÚC VÀ KẾT CẤU 11 TÍNH KHẢ THI CỦA PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 11 CÁC LOẠI KHE CẤU TẠO TRONG NHÀ VÀ CƠNG TRÌNH 11 Chương 3: KẾT CẤU NHÀ BTCT 13 HỆ KẾT CẤU NHÀ BÊ TƠNG CỐT THÉP 13 KẾT CẤU MĨNG 13 KẾT CẤU SÀN 22 KẾT CẤU MÁI 26 KẾT CẤU KHUNG 29 KẾT CẤU CẦU THANG 36 Chương KẾT CẤU NHÀ GẠCH ĐÁ 45 HỆ KẾT CẤU NHÀ GẠCH ĐÁ 45 KẾT CẤU MÓNG 50 KẾT CẤU TƯỜNG VÀ TRỤ XÂY GẠCH 53 KẾT CẤU LANH TÔ, Ô VĂNG 63 Chương 5: KẾT CẤU NHÀ THÉP 66 HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC CỦA NHÀ THÉP 66 KẾT CẤU KHUNG NGANG NHÀ THÉP 67 KẾT CẤU MÁI NHÀ THÉP 68 HỆ GIẰNG TRONG NHÀ THÉP 77 i KẾT CẤU BAO CHE 79 Chương 6: KẾT CẤU NHÀ GỖ VÀ LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG 82 NHÀ KẾT CẤU GỖ 82 NHÀ KẾT CẤU LIÊN HỢP 86 Chương 7: KẾT CẤU CÁC CƠNG TRÌNH CHUN DỤNG 91 KẾT CẤU BỂ CHỨA 91 KẾT CẤU THÁP 99 KẾT CẤU CƠNG TRÌNH NHỊP LỚN 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 ii MỞ ĐẦU Kết cấu xây dựng kết cấu cấu kiện xây dựng Kết tiếng Hán (結) có nghĩa thắt nút, liên kết cấu (構) có nghĩa làm ra, tạo hay tác phẩm Kết cấu tĩnh học (tiếng Anh statics, tiếng Đức Statik) tiếng Hy Lạp cổ statike (techne) có nghĩa (nghệ thuật của) cân bằng, statikos mang lại trạng thái cân Kết cấu xây dựng phục vụ việc tính tốn thiết kế cơng trình ngành xây dựng Đó công cụ cho việc thiết kế xây dựng với lý thuyết mơ hình hóa lý thuyết cấu kiện, hình thành nên lý thuyết cơng trình Nội dung thiết kế kết cấu xây dựng bao gồm việc tính tốn phản lực, nội lực biến dạng tác động ngoại lực lên hệ chịu lực cơng trình xây dựng Bên cạnh tĩnh tải cịn có tác động khác: thay đổi nhiệt độ, co ngót ẩm, từ biến, biến dạng gối Lý thuyết độ bền vật liệu (ví dụ lý thuyết đàn hồi - elasticity, lý thuyết chảy - plasticity) thuộc kết cấu xây dựng Kết cấu xây dựng sở cho việc thiết kế cơng trình trạng thới giới hạn độ bền (ultra limit states - ULS) trạng thái giới hạn làm việc (serviceability limit states - SLS) Kết cuối việc thiết kế xây dựng tính kết cấu thuyết minh chứng tỏ hệ chịu lực chọn thỏa mãn tiêu chuẩn xây dựng bắt buộc Yêu cầu quan trọng kết cấu xây dựng kết cấu hệ chịu lực phải nằm trạng thái cân ổn định Một phần quan trọng kết cấu xây dựng mơ hình hóa hệ chịu lực mẫu từ cơng trình xây dựng phức tạp (ngơn ngữ ngành cịn gọi "bổ kết cấu") để tính tốn giới hạn công sức hợp lý kinh tế Quá trình tính tốn kết cấu xây dựng tiếp tục với việc xác định ngoại lực tác động Từ tính nội lực cấu kiện Lực tác động truyền qua cấu kiện chịu lực xuống đến móng cơng trình Mơn học “Nhập mơn thiết kế nhà cơng trình dân dụng” thiết kế nhằm cung cấp cho sinh viên nội dung thiết kế cụ thể nhà cơng trình dân dụng, bao gồm: khái niệm, phân loại phận loại nhà công trình; khái niệm nguyên lý thiết kế kết cấu nhà cơng trình; nội dung, phương pháp tính tốn bản, cấu tạo phận kết cấu nhà cơng trình Nội dung mơn học, bao gồm phần: Các vấn đề chung TK nhà CT dân dụng Nguyên lý thiết kế KC nhà cơng trình Kết cấu nhà BTCT, Kết cấu nhà gạch đá, Kết cấu nhà thép Kết cấu nhà gỗ liên hợp thép – bê tông Kết cấu cơng trình chun dụng iii Chương 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TK NHÀ VÀ CT DÂN DỤNG NHÀ VÀ CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG Theo quy định Tiểu mục 1.5 Mục Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Ngun tắc phân loại, phân cấp cơng trình dân dụng, công nghiệp hạ tầng kỹ thuật đô thị Bộ trưởng Bộ Xây dựng ban hành kèm theo Thơng tư 12/2012/TT-BXD thì: Cơng trình dân dụng cơng trình xây dựng bao gồm loại nhà ở, nhà cơng trình cơng cộng Trong đó, cơng trình xây dựng sản phẩm tạo thành sức lao động người, vật liệu xây dựng, thiết bị lắp đặt vào cơng trình, liên kết định vị với đất, bao gồm phần mặt đất, phần mặt đất, phần mặt nước, phần mặt nước, xây dựng theo thiết kế Nhà cơng trình dân dụng bao gồm: nhà cơng trình cơng cộng Nhà ở: nhà chung cư: cao tầng, nhiều tầng, thấp tầng, mini, hỗn hợp; nhà riêng lẻ: biệt thự, nhà liên kế, nhà nông thơn Các cơng trình cơng cộng bao gồm: cơng trình giáo dục, cơng trình y tế, cơng trình thể tha0, cơng trình văn hóa, cơng trình thương mại – dịch vụ, cơng trình thơng tin liên lạc – viễn thơng, nhà ga, cơng trình dịch vụ cơng cộng, văn phịng – trụ sở quan, c.trình cơng cộng khác: tín ngưỡng, trại giam, lưu trữ Nhà chung cư Trường học CÁC BỘ PHẬN KẾT CẤU NHÀ Móng nhà Thân nhà Mái nhà 4 Các phận kết cấu khác (cầu thang, lanh tô, mái hắt, giằng, tường ) Cấu tạo cầu thang nhà Chương 2: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ KC NHÀ VÀ CƠNG TRÌNH U CẦU ĐỐI VỚI THIẾT KẾ KẾT CẤU THIẾT KẾ KẾT CẤU Tính tốn thể kết cấu Sản phẩm: hồ sơ thiết kế dùng phục vụ cho thi công HỒ SƠ THIẾT KẾ Các vẽ Thuyết minh tính tốn Dự tốn cơng trình NGUYÊN LÝ Thiết kế kết cấu nhà BTCT thiết kế phận chịu lực: Móng,Cột, dầm, sàn, vách, cầu thang CÁC CĂN CỨ Dựa thiết kế kiến trúc Dựa tiêu chuẩn hành nhà nước thiết kế cơng trình Thiết kế phải có tính khả thi U CẦU KỸ THUẬT Đáp ứng yêu cầu hình khối KG KT; Đảm bảo bền, cứng, ổn định, biến dạng bé (nứt, võng), tuổi thọ cao,… Tính tốn thiết kế với tải trọng tác động trình sử dụng q trình thi cơng Phù hợp với khả kỹ thuật thi công Chọn PA KC TC thường phải cân nhắc đến loại kết cấu (toàn khối (đổ chỗ), lắp ghép hay nửa lắp ghép) Sơ đồ kết cấu phải rõ ràng, phản ánh làm việc thực tế; KC chọn phải thiên tính hợp lý phân phối nội lực, không nên chọn KC dễ mà không hợp lý Nên sử dụng kết cấu siêu tĩnh so với kết cấu tĩnh định Vật liệu theo điều kiện thực tế yêu cầu cụ thể Ưu tiên sử dụng loại vật liệu có cường độ cao, bê tơng ứng suất trước,… PA kết cấu hợp lý cho tất yêu cầu kỹ thuật trên: Các yêu cầu với bể chứa chất lỏng a Với bể chứa nước sinh hoạt, sản xuất: - Bể chứa nước sinh hoạt: Sử dụng biện pháp ƯST BT có độ đặc để chống nứt chống thấm - Bể chứa nước thải chưa xử lý: cần tuân thủ theo yêu cầu chống ăn mòn BT b Bể chứa nhiên liệu: - Không cho phép xuất vết nứt KC chịu lực - Không để ảnh hưởng t0 tới chất chứa bể - BT bể phải không bị thành phần nhiên liệu nước ngầm ăn mòn b Bể chứa nhiên liệu: - BT phải đặc chắc, chống thẩm thấu - Mặt bể phải nhẵn, phẳng, dễ dàng thau rửa phun lên mặt lớp chống thấm, chống ăn mòn - Nhiên liệu bể không bị thay đổi đặc trưng lý hóa thời gian dài khơng gây nên tác động hố học với BT - Chống thẩm thấu xăng dầu cho bể BTCT - Đặc biệt ông tác cháy nổ: thường sử dụng bể chìm nửa chìm nửa Bể chứa trụ 92 Kết cấu bể chứa chất lỏng 93 94 Tính toán bể chứa trụ Tải trọng tác dụng gồm: + Trọng lượng thân cấu kiện thiết bị (nếu có) + Áp lực chất lỏng + Áp lực đất lên thành bể (hoạt tải dài hạn) + Áp lực nước ngầm lên thành bể (hoạt tải dài hạn) + Áp lực đẩy nước ngầm tác động lên đáy bể + Trọng lượng đất đắp nắp (tĩnh tải) + Tải trọng người, xe cộ (hoạt tải ngắn hạn) + Tải trọng gió, động đất, cháy nổ (hoạt tải ngắn hạn) 95 Tính tốn bể chứa phải tiến hành với trường hợp tổ hợp tải trọng sau: Bể chứa đầy chất lỏng không lấp đất Bể chứa rỗng lấp đất xung quanh Bể chứa có phần đầy chất lỏng, lấp đất bị đốt nóng làm lạnh bên Tính tốn đẩy bể Bể chứa chữ nhật - Bể chứa chữ nhật thường sử dụng với dung tích chứa từ 6000 đến 20000 m3 lớn Bể chứa chữ nhật toàn khối a, mặt bể; b, mặt cắt với phương án mái bể có sườn; c, mặt cắt với phương án mái bể không sườn 96 Đối với dầm phụ : 1 1 hdp      ldp ,  10 15  Chiều rộng Dầm phụ là:  5 bdp      hdp ,  10 10  Kích thước đáy bể theo điều kiện chống chọc thủng đáy cột, chiều dầy đáy bể cịn phụ thuộc vào dạng tính chất lý đất nền, thường lấy chiều dầy đáy từ 300-500mm, đáy bể người ta đặt lớp bê tơng lót có bề dầy 100mm Tải trọng tác dụng lên bể + Trọng lượng thân cấu kiện thiết bị n g    i  i ni + Áp lực đất đắp lên nắp bể (tĩnh tải) qdd  hdd  dd ndd hdd: Chiều dầy lớp đất đắp nắp bể (m) γdd: Khối lượng riêng đất đắp (T/m3) ndd: Hệ số tin tưởng + Áp lực đất lên thành bể (hoạt tải dài hạn) qd  ( d hd  p ).tg (45   / 2).nd qd - áp lực đất lên thành bể (daN/m2) p – hoạt tải người, ô tô… tác động lên bể (daN/m2) γd – Khối lượng riêng đất đắp (T/m3) h – Chiều dầy đất đắp lên thành bể j- góc ma sát đất đắp nd: Hệ số tin cậy + Áp lực nước ngầm lên thành bể đáy bể (hoạt tải ngắn hạn) qn  hn  n nn qn - áp lực đất lên thành bể (daN/m2) γn – Khối lượng riêng nước (T/m3) hn – Chiều cao mực nước ngầm từ đáy bể đến cao trình mực nước nn – Hệ số tin cậy 97 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên bể Bể chứa đầy chất lỏng không lấp đất Bể chứa rỗng lấp đất xung quanh Bể chứa có phần đầy chất lỏng, lấp đất bị đốt nóng làm lạnh bên Tính tốn đẩy bể Tính tốn đáy bể - Khi bể chút đầy chất lỏng: Tải trọng bao gồm: Trọng lượng thân lớp cấu tạo đáy phân bố đều, trọng lượng chất lỏng, tải trọng phân bố theo chu vi đáy gồm trọng lượng thân lớp cấu tạo thành, nắp, cột - Khi bể khơng có nước đáy tính sàn, chịu tác dụng tải trọng: Trọng lượng thân lớp cấu tạo đáy phân bố đều, phản lực đất đáy Hai loại tải trọng có chiều ngược nhau, thiên an toàn Kiểm tra đẩy - Khi bể chứa bị tháo cạn mực nước ngầm cao đáy bể, bể nước bị đẩy nên cần xét thêm áp lực đẩy kiểm tra - Điều kiện để bể nước không bị đẩy nổi: G  abγ dn h nn Trong đó: G – Trọng lượng tồn bể chứa khơng kể chất lỏng bể γdn hnn- dụng trọng đẩy nổi, chiều cao lớn mực nước ngầm so với đáy bể Cấu tạo cốt thép 98 KẾT CẤU THÁP Tháp nước: Bể chứa nước đặt độ cao định Cấu tạo: Bầu đài, KC đỡ móng Bầu đài: Dày 120-150mm, đáy dày 100mm, dung tích lớn, đáy dày 150-200mm Bệ đỡ cứng, dày 300-400mm Dung tích 1500 đến 2000 m3 dùng đáy nón mặt cầu 99 Kết cấu đỡ bầu đài: 100 - Kết cấu đặc: công xôn - Kết cấu đỡ dạng thanh: hệ khung không gian - Chiều cao thường chọn, H = 9, 12, 15, 18, 21, 24, 30, 32, 42m - Cấu tạo thân dạng trịn chọn D =(0,15-0,25)H, lấy 5-7m Chiều dày thành >= 150mm V>=1000m3, D