trung tâm thương mại bờ hồ thành phố thanh hóa

Kết cấu • Tính toán và thiết kế sàn tầng điển hình theo phương án: Sàn sườn toàn khối.. Giới thiệu về phần kết cấu công trình Nhìn chung mặt bằng công trình tương đối khá lớn, với chiều

KHÁI QUÁT VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH

Giới thiệu về công trình

1.1.1 Mục đích xây dựng công trình

Một đất nước muốn phát triển mạnh mẽ trên mọi lĩnh vực có tầm quan trọng về kinh tế - xã hội phải bắt đầu từ cơ sở hạ tầng vững chắc nhằm tạo ra những cơ hội lớn nhất có thể cho cuộc sống, sinh kế và việc làm của người dân Đối với đất nước nói chung, bước đầu tiên để đạt được mục tiêu này là cải thiện phúc lợi của đất nước nói chung lợi ích, cơ hội việc làm và công việc của người dân Trong đó, nhu cầu về nhà ở là một trong những nhu cầu bức thiết nhất

Gần đây, hiệu quả kinh tế của khu vực rất vượt trội, nhờ đó, nền kinh tế Việt Nam đã có những thay đổi đáng kể Ngoài đổi mới và chính sách mở, việc khôi phục và mở rộng cơ sở hạ tầng cũng rất quan trọng Ngược lại, theo thời gian, cần phải thay thế các tòa nhà thấp tầng bằng các tòa nhà cao tầng để giải quyết vấn đề đất đai và thay đổi diện mạo của thành phố phù hợp hơn với tiêu chuẩn của thành phố lớn hơn Trước thực trạng dân số, nền kinh tế phát triển mạnh, các công ty mọc lên như nấm sau mưa thì việc đầu tư xây dựng các cao ốc dùng làm văn phòng làm việc, trung tâm thương mại, các khu phức hợp,…là rất cấp bách và cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu nhu cầu của đất nước của xã hội

Vì vậy mà cao ốc cao tầng kết hợp văn phòng cho thuê và trung tâm thương mại “ Trung tâm thương mại bờ hồ Thành phố Thanh Hóa” được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu trên

1.1.2 Vị trí và đặc điểm công trình

1.1.2.1 Vị trí công trình Địa chỉ: 240 Đường Lê Hoàn, P Lam Sơn, Thành phố Thanh Hóa, Thanh Hoá

Hình 1.1 Vị trí công trình được chụp từ Google Map 1.1.2.2 Điều kiện tự nhiên

Cảnh quan Thanh Hóa đa dạng và có giá trị giảm dần từ Tây sang Đông, gồm 3

Chung cư Thiên An Building

Nó nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới được đặc trưng bởi 4 mùa khác nhau Lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1600-2300mm, lượng mưa hàng năm khoảng 90-

130 ngày Độ ẩm tương đối từ 85% đến 87%, số giờ nắng trung bình 1600-1800 giờ Nhiệt độ trung bình 230°C - 240°C, nhiệt độ giảm chậm khi di chuyển lên núi, hướng gió phổ biến vào mùa đông là Tây Bắc và Đông Bắc, mùa hè là hướng Đông và Đông Nam Khí hậu được xác định bởi lượng mưa lớn, nhiệt độ cao và ánh sáng rực rỡ

Hình 1.2 Mặt đứng của công trình

Công trình có 1 tầng hầm

Hình 1.3 Mặt bằng tầng hầm

Công trình có: 1 tầng trệt,18 tầng lầu, 1 tầng mái

Hình 1.4 Mặt bằng tầng trệt

Tầng Cao độ Tầng Cao độ

Công trình có chiều cao 72.2m (tính từ cao độ ±0.000m, chưa kể tầng hầm)

Diện tích dành riêng cho xây dựng khoảng 10.000m 2 , diện tích dành cho giao thông nội bộ là 3.060m 2 , diện tích còn lại được sử dụng cho cây xanh, sân thể thao và giao thông nội bộ

- Tầng hầm: bố trí gara

- Tầng trệt đến tầng 3: dùng làm siêu thị và trung tâm thương mại đáp ứng nhu cầu dịch vụ mua sắm, giải trí

- Tầng 5: Bố trí các phòng kỹ thuật, máy móc, điều hòa

- Tầng 4 đến 19: dùng làm văn phòng đại lý cho thuê.

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Quy chuẩn và tiêu chuẩn áp dụng

2.1.1 Tiêu chuẩn về tải trọng và tác dụng

- TCVN 2737 : 1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế

- TCXD 299 : 1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió

- TCVN 9386 : 2012: Thiết kế công trình chịu động đất

2.1.2 Tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu

- TCVN 5574:2018: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Hướng dẫn thiết kế

- ISO 5575:2012: Kết cấu thép – Yêu cầu thiết kế

- ISO 10304:2014: Móng cọc – Hướng dẫn thiết kế

2.1.3 Tiêu chuẩn về vật liệu, tiêu chuẩn kiểm định

- TCVN 9395 : 2012: Cọc khoan nhồi – Thi công và nghiệm thu.

2.1.4 Tiêu chuẩn về thiết kế nền móng

- TCVN 9362 : 2012: Thiết kế nền nhà và công trình.

- TCVN 9153:2012: Hiệu quả của việc tưới tiêu trong phương pháp hóa kết quả thí nghiệm đất.

- QCXDVN 02:2009/BXD: Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng.

- QCVN 06:2010/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia an toàn cháy cho nhà và công trình.

Phần mềm tính toán và thể hiện bản vẽ

Bảng 2.1 Phần mềm sử dụng trong đồ án

Tên phần mềm Công dụng

ETABS 2018 Phân tích tải trọng, phân tích kết cấu hệ khung, cầu thang 2D, hệ shoring – kingpost

SAFE 2016 Phân tích kết cấu sàn, móng

Autocad 2020 Thể hiện bản vẽ

Plaxis 2D 8.2 Phân tích hố đào

Microsoft office 2016 và một số chương trình tính VBA Excel Lập thuyết minh và file tính toán

Nguyên tắc tính toán

- Mặt phẳng sàn hoàn toàn cố định, liên kết giữa sàn và cột hoặc tường được coi là liên kết giằng (không phân biệt cùng độ cao) Không bao gồm bất kỳ biến dạng nào liên quan đến uốn cong trên các bộ phận nằm ngoài mặt phẳng của sàn

- Mọi thành viên của hệ thống ứng suất đều có sự dịch chuyển như nhau theo phương ngang Các cột và vách cứng của thang máy đều được xây dựng xung quanh chân cột và vách cứng của móng

- Tải trọng ngang tác dụng như một lực tập trung lên từng vị trí vững chắc trên sàn, điều này làm cho sàn truyền xuống cột, tường và xuống đất

2.3.2 Phương pháp xác định nội lực

Bảng 2.2 Phương pháp xác định nội lực

Phương pháp Phương pháp giải tích Phương pháp Số - Phần tử hữu hạn Ưu điểm

Xem toàn bộ hệ chịu lực là các bậc siêu tĩnh → trực tiếp giải phương trình vi phân → tìm nội lực và tính thép

Tách rời toàn bộ hệ thống chịu lực trong công trình, chia các hình dạng phức tạp thành các hình đơn giản thông qua phần mềm, tìm nội lực gián tiếp và tính cường độ của thép

Hệ phương trình có nhiều biến phức và tham số chưa biết Tìm áp lực bên trong là khó khăn

Người dùng cần hiểu rõ cách thức hoạt động của phần mềm để có thể sử dụng chúng một cách hiệu quả Cụ thể hơn, người dùng cần nắm rõ những thông tin mà phần mềm có thể cung cấp, những hạn chế của phần mềm và cách thức sử dụng phần mềm để trích xuất dữ liệu chính xác Phần mềm chỉ có thể mô tả một phần thực tế, vì vậy người dùng cần lưu ý đến những hạn chế của phần mềm và sử dụng các phương tiện khác để bổ sung thông tin.

→ Người dùng phải hiểu và sử dụng phần mềm một cách hiệu quả để xác định chính xác nội lực và sức căng vì phần mềm không thể mô tả chính xác thực tế Trong quá trình thực hiện đồ án, sinh viên sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (có phần mềm hỗ trợ) để tính toán thiết kế Mô hình phân tích giúp học sinh dễ dàng thu được nội lực, sự dịch chuyển, v.v quá trình phân tích nào sẽ chậm Tuy nhiên, một số tổ chức sinh viên có những phương pháp phân tích và cơ bản hạn chế để mang lại kết quả chính xác hơn

2.3.3 Kiểm tra theo trạng thái giới hạn

Khi tính toán, thiết kế cấu hình bê tông thép phải đáp ứng các yêu cầu tính toán độ bền (TTGH I) và phải đáp ứng các điều kiện sử dụng bình thường (TTGH II)

Trạng thái giới hạn thứ nhất là khả năng đáp ứng của cấu hình được đảm bảo dưới tác dụng của tải trọng giới hạn Trong trạng thái này, cấu hình vẫn đảm bảo được mức độ bền vững và duy trì khả năng chịu lực.

- Không gây hư hỏng do tải hoặc va đập

- Không có sự ổn định về hình dạng và vị trí Trạng thái giới hạn thứ hai TTGH

II (liên kết đến điều kiện sử dụng) nhằm đảm bảo hoạt động bình thường của cấu hình và yêu cầu một số chế độ tối đa

- Vết nứt mở rộng không vượt quá giới hạn cho phép hoặc chưa xảy ra

- Không có các dạng biến đổi như độ lệch, góc quay, góc trượt, độ dốc…vượt quá phạm vi cho phép

Dự án được xây dựng xung quanh hệ thống TCN Vì vậy, bê tông vật liệu cũng phải có tính năng kết dính chuyên dụng trong quá trình tổng hợp để xác định cường độ của mẫu

Bảng 2.3 Bê tông sử dụng

Cấp độ bền chịu nén bê tông tương đương theo TCVN 5574 :

Cường độ chịu nén, kéo của bê tông (Rb ;Rbt) (MPa)

Loại xi măng/Hàm lượng xi măng tối thiểu (kg/m 3 )

Tỷ lệ xi măng/ nước tối đa

Cấp xi măng theo theo TCVN 5574 – 2018

Tường vây B25 (14.5; 1.05) PCB40/ 400 0.45 W12 Đài móng B30 (17; 1.15) PCB40/ 450 0.4 W12

Bảng 2.4 Cốt thép sử dụng

STT Loại thép Đặc tính/ kết cấu sử dụng

1 Thép CB300 - T (  ) Rs = Rsc &0 MPa, Rsw 210 MPa, Es = 2.10 6 MPa

2 Thép CB300 - V ( ≥ ) Rs = Rsc &0 MPa, Rsw

= 210 MPa, Es = 2.10 6 MPa Cốt thép sàn có  ≥ 

` Thép CB400 - V ( ≥ 10): Rs = Rsc = 350 MPa, Rsw

4 Thép CB500 - V ( ≥ 10): Rs = Rsc = 435 MPa, Rsw 300 Mpa, Es = 2.10 6 MPa

Cốt thép dọc kết cấu các loại có  ≥ 

2.4.3 Lớp bê tông bảo vệ

Chiều dày lớp phủ bê tông được xác định theo tiêu chuẩn sau:

- QCVN 06:2010/BXD – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy, nổ trong gia đình và công trình xây dựng

- Địa điểm thi công nằm ở vùng sâu, vùng xa của Tỉnh Thanh Hóa, cách xa các khu vực bị ăn mòn bê tông như khu vực biển, sông

-TCVN 5574:2018, Mục 10.3.1 – Lớp phủ bảo vệ bê tông

Bảng 2.5 Bề dày lớp bê tông bảo vệ

STT Cấu kiện Lớp bê tông bảo vệ

2 Kết cấu tiếp xúc với đất, có bê tông lót 35 mm

Lựa chọn phương án thiết kế kết cấu

2.5.1 Phương án kết cấu chịu tải đứng

Bảng 2.6 Đánh giá mức độ phù hợp các phương án sàn Đặc điểm công trình

Phương án kết cấu Sàn dầm

Nhịp sàn không có sự đồng đều ✓ ✓

Chiều cao tầng điển hình 3.3 m ✓ ✓

Phân bố hoạt tải trên sàn khá đồng đều ✓ ✓ ✓

Phân bố tường trên sàn với mật độ cao và độ lớn của tải trọng tường lớn ✓ ✓ ✓

Hệ trục, hình dạng ô sàn phức tạp ✓

Liên kết sàn với hệ vách để kháng tải ngang ✓

→ Vì quá trình thi công và tính toán không quá phức tạp kết hợp với phân tích ở trên ta chọn phương án sàn dầm là thích hợp nhất

2.5.2 Phương án kết cấu chịu tải đứng

Bảng 2.7 Đánh giá độ phù hợp các phương án chịu tải đứng Đặc điểm công trình

Hệ khung giằng Công trình chung cư các không gian sử dụng vừa phải ✓ ✓

Bề mặt truyền lực có tính liên tục ✓ ✓ ✓

Sự phân bố lưới cột có độ phức tạp cao ✓ ✓

Khả năng xoắn của công trình lớn ✓ ✓

Công trình có 21 tầng, cao 79.95 m ✓ ✓

Công trình là nhà cao tầng chịu tải trọng ngang lớn ✓ ✓

Công trình ở tỉnh Thanh Hóa có vùng gió và động đất không quá nguy hiểm ✓ ✓ ✓

→ Chọn phương án Hệ vách – lõi.

Hệ thống hỗ trợ đảm bảo chất lượng của tòa nhà

Việc lựa chọn cấu hình cơ sở dự án dựa trên các tiêu chí sau:

- Địa chất công trình: Độ khó về địa chất không đáng kể Các lớp đất ở đáy móng thường được tạo ra từ đất nền, dày đặc

- Hỗ trợ khối lượng truyền tải cấu hình xuống cột: Vì cấu hình là cấu hình nhà cao tầng nên tốc độ truyền tải lên cột lớn hơn

- Địa chất có lớp cát dày nên nếu dùng phương án cọc ép sẽ rất khó để thi công

Từ những yếu tố trên, lựa chọn phương án móng:

- Kếu cấu cọc: cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi có những ưu điểm như sau:

• Loại cọc này không đòi hỏi mặt bằng để đúc và giữ cọc, không cần phải nối cũng như cắt cọc và chỉ tính toán thiết kế với tải trọng làm việc không phải vận chuyển cẩu tháp

• Chiều dài cọc có thể được hiệu chỉnh trong quá tình thi công cho nên việc xác định trước chiều dài cọc không phải là điều tiên quyết

- Dễ dàng thi công, sức chịu tải lớn

- Kết cấu đài móng: Khoảng cách các vách tương đối nhỏ tải trọng lớn → Chọn móng cọc đài đơn chịu tải trọng lớn và chống lật công trình

2.5.4 Sơ bộ kích thước cấu kiện công trình

Bảng 2.8 Chọn sơ bộ kích thước các cấu kiện

Cấu kiện Công thức sơ bộ Kích thước (mm)

THIẾT KẾ CẦU THANG BỘ ĐIỂN HÌNH

Phương án kết cấu cầu thang

Chọn cầu thang tầng điển hình (tầng 6 – tầng 19) của công trình Là loại cầu thang

2 vế dạn bản, chiều cao tầng điển hình là h = 3.4m để thiết kế, các cầu thang còn lại có kiến trúc và kết cấu tương tự

Với quy trình thiết kế, thi công đơn giản - phổ biến hiện nay, bước nhịp thang và góc nghiêng không quá lớn, diện truyền tải đảm bảo ngắn nhất tác dụng lên các cấu kiện khác Từ đó chọn cầu thang dạng bản cho công tác tính toán thiết kế.

Cầu thang có 18 bậc, mỗi vế cao 1.7m gồm 9 bậc với kích thước hbac = 188mm; bbac = 250mm Còn lại là bản chiếu nghỉ

Chiều dày bản thang được chọn sơ bộ theo công thức:

- Chọn chiều dày bản thang là hbt = 120 (mm)

Góc nghiêng cầu thang: b 0 b h 188 tan 36.2 cos 0.807 l 250

 = = →  = →  Bảng 3.1 Tổng hợp thông số kích thước cầu thang

Kích thước Giá trị Đơn vị

Chiều cao bậc thang 188 mm

Bề rộng bậc thang 250 mm Độ dốc 36.2 ( o )

Sơ đồ tính bản thang

Nhận xét: Độ cứng tương đối giữa cấu kiện dầm lớn hơn không quá nhiều so với bản chiếu nghỉ: d th h 3 h  Nhằm đảm bảo giữa bản chiếu nghỉ và cấu kiện dầm thang làm việc ổn định, không bị nứt, không bị võng về sau, do đó chọn liên kết giữa bản chiếu nghỉ và dầm là liên kết khớp, bản nghiêng là liên kết khớp so với dầm cầu thang.

Hình 3.2 Sơ đồ tính cầu thang

Tải trọng cầu thang

3.3.1 Tĩnh tải tác dụng lên bảng chiếu nghỉ

Bảng 3.2 Tĩnh tải tác dụng lên chiếu nghỉ

STT Các lớp cấu tạo cầu thang

Hệ số độ tin cậy gtt (kN/m2)

3.3.2 Tĩnh tải tác dụng lên bản nghiêng

-  i : Thành phần của lớp thứ i

- n i : Hệ số độ tin cậy của lớp thứ i

-  tdi : Cùng chiều dày của lớp thứ i theo phương nghiêng Đối với thợ làm đá (đá cẩm thạch, đá mài, vv) và các lớp cường hóa được tạo ra từ xi măng, độ dày của các lớp này bằng:

 = + Đối với bậc thang (xây bằng gạch hoặc đổ toàn khối bằng BTCT) có kích thước ( l h b , b ) chiều dày tương đương được xác định như sau: h cos 2 b td

Bảng 3.3 Tĩnh tải tác dụng lên bản nghiêng

STT Các lớp cấu tạo cầu thang 

Hệ số độ tin cậy g tt

3.3.3 Hoạt tải tác dụng lên cầu thang

Theo TCVN 2737 : 1995, hoạt tải tác dụng lên cầu thang là p tc = 3 ( kN m / 2 ) , hệ số vượt tải là 1.2 Đối với bản thang: ( )

Bản thang có bề rộng là 1.185m nên khi gán tải vào sơ đồ tính ta phải quy tải bằng cách nhân tải với giá trị bề rộng 1.185m.

Kết quả nội lực và kiểm tra chuyển vị

Bản thang có bề rộng là 1.185m nên khi gán tải vào sơ đồ tính ta phải quy tải bằng cách nhân tải với giá trị bề rộng 1.185m.

Hình 3.3 Tổng hợp tải tác dụng lên cầu thang

Hình 3.4 Chuyển vị cầu thang

Theo bảng M.1 TCVN 5574:2018, độ võng giới hạn   u

= = Độ võng lớn nhất từ phần mềm là 0.204mm 3, toàn bộ chiều cao của cột kháng chấn chính phải được xem như là một vùng tới hạn và phải được đặt cốt thép theo quy định

→Xem vì điều kiện trên, xem toàn bộ chiều dài cột là vùng tới hạn, bố trí cốt đai đều trong suốt chiều dài cột

Để đảm bảo độ dẻo kết cấu và chống mất ổn định của thép dọc trong vùng chịu lực chủ yếu của cột chống động đất, cần bố trí các cốt đai kín và đai móc có đường kính tối thiểu 6mm, đảm bảo tăng khả năng chịu tải mặt cắt ngang trước ứng suất đa chiều Những điều kiện này đáp ứng yêu cầu chống động đất.

Khoảng cách s giữa các vòng đai (tính bằng mm) không được vượt quá: s = min b / 2;175;8d  =min 175;175;144 4 mm( )

+ bo là kích thước tối thiểu của lõi bê tông (tính tới đường trục của cốt thép đai) (mm)

+ dbL là đường kính tối thiểu của các thanh cốt thép dọc (mm)

• Khoảng cách giữa các thanh cốt thép dọc cạnh nhau được cố định bằng cốt đai kín và đai móc không vượt quá 200 mm

Hình 7.4 Sự bó lõi bê tông

→ Cốt thép đai cột được tính tương tự như tính toán cốt đai dầm, chọn d8a100 bố trí suốt chiều dài cột

7.4.3 Ví dụ tính thép cột

Chọn cột C16 tầng 1 để tính toán, nội lực cột như sau:

Bảng 7.5 Nội lực cột C16 tầng 1

Tầng Tên cột N (kN) Mx

- Bước 1: kiểm tra điều kiện tính toán cột lệch tâm xiên

C thỏa điều kiện ; với Cx, Cy lần lượt là cạnh của tiết diện cột

- Bước 2: tính toán độ ảnh hưởng uốn dọc theo hai phương

1 3.4 3.4 ox x l =  = l = m và l oy = y  = l 1 3.4=3.4 ( ) m Độ lệch tâm ngẫu nhiên: max ; max 3400 800 ; 26.67 ( )

600 30 600 30 ox x ax l C e =       =       = mm và max ; 26.67 ( )

=    oy y ay l C e mm Độ lệch tâm tĩnh học : 1 3 ( )

M Độ lệch tâm tính toán: e ox = max ( e ax ; e 1 x ) = 26.67 ( mm ) e oy = max ( e ay ; e 1 y ) = 26.67 ( ) mm Độ mãnh theo hai phương: 14.32

Tính hệ số ảnh hưởng uốn dọc

Vì  28→ = 1 (bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc)

- Bước 3: quy đổi bài toán lệch tâm xiên sang bài toán lệch tâm phẳng tương đương Đưa bài toán lệch tâm xiên về bài toán lệch tâm phẳng tương đương theo phương X hoặc phương Y

C  C nên quy về tính toán theo phương Y

- Bước 4: tính toán thiết diện thép theo yêu cầu

Tính toán tương tự bài toán lệch tâm phẳng đặt thép đối xứng

→ = + h M M m M kNm b Độ lệch tâm tính toán 0 38.2( )

 h nén lệch tâm rất bé, xem như là nén đúng tâm

Hệ số độ lệch tâm:

Hệ số uốn dọc phụ khi xét thêm nén đúng tâm: (1 )

Diện tích toàn bộ cốt thép tính như sau: = − − = 38.42 ( ) 2 e b e st sc b

➔ Chọn 16d22 A s ch = 60.82 cm ( ) 2  = 1.01% thỏa yêu cầu về cấu tạo kháng chấn

Bảng 7.6 Thép cột trục C

Mx My N Cx Cy lox loy Ast TT

Chọn thép Ast ch Ast TT

(N.m) (N.m) (N) (cm) (cm) (m) (m) (cm 2 ) (cm 2 ) (cm 2 ) (%)

Bảng 7.7 Thép cột trục 3

Chọn thép  Ast ch Ast TT s

(phần còn lại ở phụ lục trang 73-80)

7.5 Tính toán cốt thép vách

- Ta sử dụng phương pháp vùng biên chịu momen: xem xét ứng suất phân bố tập trung tại 2 vùng biên đầu vách, cốt thép vùng biên được thiết kế chịu toàn bộ momen Lực dọc trục được giả thuyết là phân bố đều trên toàn bộ chiều dài vách

Hình 7.5 Sơ đồ nội lực tác dụng lên vách đơn

- Giả thuyết chiều dài B của vùng biên chịu moment: Xét cặp vách chịu lực dọc trục N và moment uốn trong mặt phẳng My, moment này tương đương với 1 cặp ngẫu lực đặt ở hai vùng biên của vách

Xác định lực kéo nén trong vùng biên: L,R b w L R

- A : diện tích mặt cắt vách

- Ab : diện tích mặt cắt vùng biên

- LL, LR : chiều dài vùng biên trái, chiều dài vùng biên phải

Tính diện tích cốt thép vùng biên (xem như cột chịu kéo, nén đúng tâm) Khả năng chịu lực của cột chịu kéo – nén đúng tâm được xác định theo công thức:

- Rb, Rs : Cường độ tính toán chịu nén của bê tông và cốt thép

- Ab, As : Diện tích tiết diện bê tông vùng biên và cốt thép dọc vùng biên

-  : Hệ số giảm khả năng chịu lực do uốn dọc (hệ số uốn dọc) Xác định theo công thức thực nghiệm, chỉ dùng được khi 14  104 :

- Khi  28, có thể bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc và lấy  =1 Trong tính toán, để an toàn có thể lấy  =0.8

Khi P L,R 0 (Vùng biên chịu nén), diện tích cốt thép được tính

Khi P L,R 0 (Vùng biên chịu kéo), do giả thuyết ban đầu: Ứng lực kéo do cốt thép chịu nên diện tích cốt thép chịu kéo được tính theo công thức: ST L,R

Kiểm tra hàm lượng và kết cấu thép: nếu không đạt hàm lượng thép cho phép thì phải tăng kích thước BL,R và tính toán lại Giá trị lớn nhất của chiều dài BL,R của diện tích biên là L/2 (tường chỉ có diện tích biên), nếu vượt quá giá trị này thì cần phải tăng độ dày của tường

Vì toàn bộ moment được phân phối vào 2 vùng biên, nên vùng bụng được tính toán toán như cột chịu nén đúng tâm

Lực tác dụng lên vùng bụng: P bg N A bg

Cốt thép vùng bụng: bg b b b

Trường hợp bê tông có đủ khả năng chịu lực thì bố trí các thanh thép chịu nén bụng (sử dụng tối thiểu 16a200 ) theo kết cấu

- Tính toán cốt thép ngang Ở bất kỳ phần nào của tường, các cốt thép đều phải được gia cố ở hai đầu tường Bởi vì ứng suất cục bộ (ứng suất ngang và ứng suất pháp theo phương ngang trong mặt phẳng) thường xuất hiện ở hai đầu tường (nơi truyền lực lớn nhất rồi lan truyền) Việc tính toán cốt thép ngang trong tường cũng tương tự như tính toán cốt thép ngang trong dầm cắt Tuy nhiên h0 = 0.8L

Chọn thép đai 8a200 bố trí đều theo chiều cao vách

- Cốt thép dọc hàm lượng: 0.6%  3%

- Phải bố trí ít nhất một thanh trung gian giữa các thanh thép ở góc theo mỗi cạnh cột

- Đai kín và đai móc vùng tới hạn (vùng biên) đường kính ít nhất là 6mm

- Vùng biên phải sử dụng đai kín chồng lên nhau để mỗi một thanh cốt thép dọc khác đều được cố định bằng đai kín hoặc đai móc

- Cốt thép vùng giữa được liên kết với nhau bằng các thanh đai móc cách nhau khoảng lớn nhất là 400mm

- Cốt thép vùng giữa có đường kính tối thiểu 8mm nhưng không lớn hơn 1/8 bề rộng vách

Tính vách P3-B tầng 1 có nội lực như sau N = 22385.20 kN, M3 = 16171.43 kNm

Bê tông cấp độ bề B30: Rb = 17 (Mpa), Rbt = 1.15 (Mpa)

Cốt thép CB400 – V: RS = 350 (MPa), RSC = 350 (MPa)

Vách P3-B tầng 1 có kích thước: B = 0.3 (m), LW = 6.6 (m)

- Tính toán cốt thép dọc

Giả thuyết chiều dài biên trái, biên phải: LL = LR = 0.15Lw = 0.99(m)

Lực dọc quy đổi vùng biên, bụng:

Diện tích cốt thép được tính như sau:

Kiểm tra hàm lượng cốt thép: s s

- Tính toán cốt thép đai

Lực cắt lớn nhất trong vách Qmax = 1430 (kN)

• Kiểm tra ứng suất nén chính bụng dầm

Qmax – Lực cắt trong tiết diện thẳng góc của cấu kiện; b1 0.3

 = – Hệ số kể đến ảnh hưởng của đặc điểm trạng thái ứng suất của bê tông trong dải nghiêng

→Không cần tăng tiết diện

• Khả năng chịu cắt của tiết diện

 = – Hệ số kể đến ảnh hưởng của cốt thép dọc, lực bám dính và đặc điểm trạng thái ứng suất của bê tông nằm phía vết nứt xiên

C = 7920 mm – Hình chiếu vết nứt lớn nhất, giá trị C chọn với điều kiện h0 ≤ C ≤ 2h0

Qmax = 1430(kN) < Qb = 1821.6(kN), bê tông đủ khả năng chịu lực cắt, bố trí cốt Đai cấu tạo cho vách: chọn thép đai 2 nhánh d8a200

Bảng 7.8 Cốt thép vách

= As_right μ_left = μ_right As_mid μ_mid Thép vùng biên Thép vùng giữa kN kN.m kN.m cm cm² % cm² % Số thanh ỉ (mm)

As (cm²) TANG 1 P3-DE 28855.97 25.5995 45331.88 1060 60.39 1.32 -480.54 1.13 20 20 62.80 80 20 251.20 TANG 2 P3-DE 27876.65 264.3589 41498.06 1060 61.01 1.32 -460.15 1.13 20 20 62.80 80 20 251.20 TANG 3 P3-DE 26667.12 283.8218 34711.54 1060 28.62 1.32 -489.49 1.13 20 20 62.80 80 20 251.20 TANG 4 P3-DE 21410.83 239.4051 31846.17 1060 9.23 1.05 -649.76 1.13 16 20 50.24 80 20 251.20

Tính toán cốt thép dầm

Tính toán với tổ hợp combo Ta chọn ra ba vị trí có moment lớn nhất để tính cốt thép, thường là: đầu, giữa và cuối dầm

Ta sử dụng các công thức sau: m 2 b 0 m b 0 s s

Kiểm tra hàm lượng cốt thép: s R b b min max

7.3.2 Ví dụ tính toán thép dầm

Tính toán thép dầm cho dầm B62 tầng 18 có kích thước tiết diện dầm 300x700 (mm) với M = 677.562 (kNm) tại vị trí giữa nhịp

Giả thuyết aP (mm), chiều cao làm việc:

 = − −  = − −  Diện tích thép cần dùng là: s b 0 ( 2 ) s

= = Kiểm tra hàm lượng cốt thép: r b b max s min s 0

 =   = =   =  → Hàm lượng cốt thép thỏa mãn

→ Chọn cốt thộp: 4ỉ25 + 4ỉ25, đặt 1 lớp → A s chon = 3925 mm ( 2 )

( ) ( ) si i tt gt si a A a 52.5 mm a 50 mm

Kiểm tra điều kiện kinh tế

- Kiểm tra điều kiện tính toán cốt đai:

- Cần phải đặt cốt đai theo tính toán và không cần tăng kích thước tiết diện

- Chọn đường kính cốt đai d8 a sw = 50.3 mm 2 số nhánh đai n = 2

- Lực phân bố trong cốt ngang theo đơn vị chiều dài:

- Bước cốt đai theo tính toán:

= =   - Bước cốt đai lớn nhất:

= =    - Bước cốt đai theo yêu cầu cấu tạo:

  = - Chọn cốt đai 8a200cho đoạn nhịp và 8a100cho đoạn gần gối

- Khả năng chịu cắt của tiết diện bê tông:

- Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai:

Nhận xét: Q max = 109.86  Q b + Q sw = 336.6( ) kN , cốt đai chọn thỏa

7.3.4 Cấu tạo kháng chấn đối với cốt đai

Theo Điều 5.4.3.1.2 (TCVN 9386:2012), các cốt đai trên dầm chịu động đất chính phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đường kính dbw (mm) không được nhỏ hơn 6

- Khoảng cách giữa các vòng đai không vượt quá:

Trong đó: h : chiều cao dầm; dbw = 8 mm: đường kính thanh cốt đai; dbL = 18 mm: đường kính thanh cốt dọc nhỏ nhất

- Cốt đai đầu tiên được đặt cách mút dầm không quá 50mm

Hình 7.3 Cốt thép ngang trong vùng tới hạn của dầm

→ Từ các yêu cầu tính toán và cấu tạo trên: Chọn cốt đai 8a200cho đoạn nhịp và 8a100

7.3.5 Tính toán đoạn neo, nối cốt thép

Theo Mục 10.3.5.5 tiêu chuẩn ISO 5574:2018, xét đến giải pháp kết cấu vùng neo của cấu kiện, chiều dài neo tính toán cần thiết cho các thanh thép được xác định như sau: s,cal an 0,an s,ef

A , A : Diện tích tiết diện ngang của cốt thép lần lượt theo tính toán và thực tế;

 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của trạng thái ứng suất của bê tông, cốt thép và ảnh hưởng của giải pháp cấu tạo vùng neo của cấu kiện đến chiều dài neo Lấy bằng 1.0 đối với các thanh cốt thép chịu kéo và lấy bằng 0.75 đối với thanh cốt thép chịu nén;

L 0,an : Chiều dài neo cơ sở Được tính toán theo công thức: 0,an s s bond s

As và Us lần lượt là diện tích tiết diện ngang của thanh cốt thép được neo và chu vi tiết diện của nó;

Rbond : Cường độ bám dính tính toán của mặt cắt thép với bê tông,

Neo cốt thép trong vùng chịu kéo:

Theo TCVN 5574:2018 Mục 10.3.6.2, chiều dài chồng mối nối thanh giằng, thanh nén không được nhỏ hơn giá trị chiều dài chồng được xác định theo công thức sau: s,cal lap 0,an s,ef

 : Lấy bằng 1.2 đối với các thanh cốt thép chịu kéo và lấy bằng 0.9 đối với thanh cốt thép chịu nén

- Nối cốt thép trong vùng chịu kéo:

- Nối cốt thép trong vùng chịu nén:

Bảng 7.2 Tính thép dầm khung trục C

NHỊP 268.688 300 700 650 0.1247 0.1336 12.66 2d22 + 2d20 13.88 0.649 GỐI -177.109 300 700 650 0.0822 0.0859 8.13 2d20 + 2d18 11.37 0.417 (phần còn lại ở phụ lục trang 16-29)

Bảng 7.3 Thép dầm khung trục 3

GỐI -217.374 300 700 650 0.1009 0.1066 10.09 2d20 + 2d18 11.37 0.518 (phần còn lại ở phụ lục trang 30-36)

Bảng 7.4 Tính thép dầm tầng điển hình (tầng 19)

Tính toán cốt thép cột

- Xét tiết diện có cạnh Cx, Cy Điều kiện để áp dụng phương pháp gần đúng là

C  cốt thép được đặt theo chu vi

- Bước 1: kiểm tra điều kiện

C  ; với Cx, Cy là cạnh của tiết diện cột

- Bước 2: tính toán ảnh hưởng uốn dọc theo hai phương

Chiều dài tính toán :l ox = x l và l oy = y l Độ lệch tâm ngẫu nhiên: max ;

  Độ lệch tâm tĩnh học : 1 x M x ; e = N 1 y M y e = N Độ lệch tâm tính toán: e ox = max ( e ax ; e 1 x ) và e oy = max ( e ay ; e 1 y ) Độ mãnh theo hai phương:

Nếu   28 → x = 1 (không có ảnh hưởng của uốn dọc)

  (có ảnh hưởng của uốn dọc)

= l Moment tăng lên do uốn dọc: M x = N e  ox

Theo phương Y: tương tự phương X

- Bước 3: quy đổi bài toán lệch tâm xiên sang bài toán lệch tâm phẳng tương đương

→ = + b Độ lệch tâm tính toán 0

 = h  → nén lệch tâm rất bé, xem như là nén đúng tâm

Hệ số uốn dọc phụ khi xét thêm nén đúng tâm: ( 1 ) e 0.3

Diện tích toàn bộ cốt thép tính như sau: e b e st sc b

 = h  và x 1  R h 0 → tính theo trường hợp nén lệch tâm bé

Xác định lại chiều cao vùng nén x:

 = h Diện tích toàn bộ cốt thép được tính như sau:

 = h  và x 1  R h 0 → tính theo trường hợp nén lệch tâm lớn

Diện tích toàn bộ cốt thép được tính như sau:

- Bước 5: kiểm tra hàm lượng thép

Thỏa yêu cầu về kết cấu: min max

 =  =bh  Thỏa yêu cầu về kinh tế: 1% tt 4% (có thiết kế kháng chấn)

- Bước 6: bố trí cốt thép

Quy định khoảng cách giữa hai cốt dọc kề nhau: 50 t 400.

7.4.2 Cấu tạo kháng chấn cho cột

Tổng hàm lượng cốt thép dọc theo chiều dài đốt chịu lực phải đảm bảo tối thiểu là 0,01 và tối đa là 0,04 diện tích mặt cắt Tại các đoạn đối xứng, cần bố trí các thanh thép đối xứng nhau.

- Phải đặt ít nhất một thanh trung gian giữa mỗi thép góc cột để đảm bảo tính nguyên vẹn của mối nối dầm-cột

- Khu vực trong khoảng cách lcr tính từ hai đầu cột sốc chính phải được coi là khu vực tới hạn

- Trong trường hợp không có thông tin chính xác hơn, độ dài vùng tới hạn lcr (tính bằng m) có thể tính bằng biểu thức sau:

+ hc là kích thước lớn nhất tiết diện ngang của cột (tính bằng m) + lcl là chiều dài thông thủy của cột (tính bằng m)

- Nếu lcl / hc > 3, toàn bộ chiều cao của cột kháng chấn chính phải được xem như là một vùng tới hạn và phải được đặt cốt thép theo quy định

→Xem vì điều kiện trên, xem toàn bộ chiều dài cột là vùng tới hạn, bố trí cốt đai đều trong suốt chiều dài cột

- Trong vùng quan trọng của cột chống động đất chính phải bố trí các cốt đai kín và đai móc có đường kính ít nhất 6mm sao cho đảm bảo độ dẻo kết cấu ở mức tối thiểu và chống mất ổn định cục bộ của các thanh thép dọc Do ảnh hưởng của ứng suất ba chiều do các vòng này tạo ra, hình dạng của dải phải sao cho tăng khả năng chịu tải của mặt cắt ngang Những điều kiện tối thiểu này được coi là đáp ứng

Khoảng cách s giữa các vòng đai (tính bằng mm) không được vượt quá: s = min b / 2;175;8d  =min 175;175;144 4 mm( )

+ bo là kích thước tối thiểu của lõi bê tông (tính tới đường trục của cốt thép đai) (mm)

+ dbL là đường kính tối thiểu của các thanh cốt thép dọc (mm)

• Khoảng cách giữa các thanh cốt thép dọc cạnh nhau được cố định bằng cốt đai kín và đai móc không vượt quá 200 mm

Hình 7.4 Sự bó lõi bê tông

→ Cốt thép đai cột được tính tương tự như tính toán cốt đai dầm, chọn d8a100 bố trí suốt chiều dài cột

7.4.3 Ví dụ tính thép cột

Chọn cột C16 tầng 1 để tính toán, nội lực cột như sau:

Bảng 7.5 Nội lực cột C16 tầng 1

Tầng Tên cột N (kN) Mx

- Bước 1: kiểm tra điều kiện tính toán cột lệch tâm xiên

C thỏa điều kiện ; với Cx, Cy lần lượt là cạnh của tiết diện cột

- Bước 2: tính toán độ ảnh hưởng uốn dọc theo hai phương

1 3.4 3.4 ox x l =  = l = m và l oy = y  = l 1 3.4=3.4 ( ) m Độ lệch tâm ngẫu nhiên: max ; max 3400 800 ; 26.67 ( )

600 30 600 30 ox x ax l C e =       =       = mm và max ; 26.67 ( )

=    oy y ay l C e mm Độ lệch tâm tĩnh học : 1 3 ( )

M Độ lệch tâm tính toán: e ox = max ( e ax ; e 1 x ) = 26.67 ( mm ) e oy = max ( e ay ; e 1 y ) = 26.67 ( ) mm Độ mãnh theo hai phương: 14.32

Vì  28→ = 1 (bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc)

- Chuyển bài toán lệch tâm xiên về bài toán lệch tâm phẳng tương đương bằng cách quy đổi các tham số từ hệ tọa độ xiên sang hệ tọa độ phẳng Việc quy đổi này có thể thực hiện theo phương X hoặc phương Y, tùy thuộc vào góc tạo thành giữa các trục tọa độ Bằng cách này, bài toán lệch tâm xiên phức tạp được đơn giản hóa thành bài toán lệch tâm phẳng dễ giải quyết hơn.

C  C nên quy về tính toán theo phương Y

→ = + h M M m M kNm b Độ lệch tâm tính toán 0 38.2( )

 h nén lệch tâm rất bé, xem như là nén đúng tâm

Hệ số uốn dọc phụ khi xét thêm nén đúng tâm: (1 )

Diện tích toàn bộ cốt thép tính như sau: = − − = 38.42 ( ) 2 e b e st sc b

➔ Chọn 16d22 A s ch = 60.82 cm ( ) 2  = 1.01% thỏa yêu cầu về cấu tạo kháng chấn

Bảng 7.6 Thép cột trục C

Chọn thép Ast ch Ast TT

Bảng 7.7 Thép cột trục 3

Chọn thép  Ast ch Ast TT s

Tính toán cốt thép vách

- Ta sử dụng phương pháp vùng biên chịu momen: xem xét ứng suất phân bố tập trung tại 2 vùng biên đầu vách, cốt thép vùng biên được thiết kế chịu toàn bộ momen Lực dọc trục được giả thuyết là phân bố đều trên toàn bộ chiều dài vách

Hình 7.5 Sơ đồ nội lực tác dụng lên vách đơn

Giả thuyết chiều dài B của vùng biên chịu moment là đối với cặp vách chịu lực dọc theo trục N và chịu moment uốn trong mặt phẳng My Moment này có thể thay thế bằng một cặp ngẫu lực đặt ở hai vùng biên của vách.