Tài liệu chuyên đề về nhà cao tầng này được thiết kế dành riêng cho sinh viên, mang đến cái nhìn toàn diện về thế giới kiến trúc và xây dựng hiện đại. Với ngôn ngữ dễ hiểu và cách trình bày trực quan, bạn sẽ được khám phá các xu hướng thiết kế mới nhất, công nghệ xây dựng tiên tiến, và những phương pháp quản lý hiệu quả. Tài liệu còn cung cấp những kiến thức cơ bản về an toàn, bảo trì và tính bền vững, giúp bạn nắm bắt được các yếu tố quan trọng trong quá trình học tập và thực hành. Hãy cùng bước vào thế giới của những công trình vĩ đại và mở rộng tầm nhìn của bạn trong lĩnh vực này!
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.
- Phạm vi: vị trí thuận tiện với mạng lưới giao thông kết nối Quốc Lộ 1 và Quốc lộ 13, cách quận Thủ Đức của thành phố Hồ Chí Minh 03 km và là trung tâm kết nối các khu công nghiệp như : Vietnam- Singapore, Sóng Thần, Đồng An, 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 - Diện tích khu đất: 50.070 m 2
- Cấp công trình: cấp II.
- Niên hạn sử dụng: 100 năm - Nhóm dự án: A
- Loại công trình: công trình dân dụng.
- Được xem là 1 trong 3 mũi nhọn của tam giác phụ cận TPHCM, Bình Dương đang là một trong những tỉnh thành có tốc độ phát triển kinh tế xã hội nhanh nhất hiện nay Với sự tập trung có quy hoạch các mạng lưới khu công nghiệp rộng và đa dạng, chứa trong đó sự hoạt động của nhiều tập đoàn, doanh nghiệp, nhà máy, Bình Dương trở thành nơi thu hút một lượng lớn lao động đến từ khắp nơi trong cả nước và cả lao động nước ngoài, thu nhập của người lao động hiện nay được nâng cao, nhất là đối tượng có trình độ và các chuyên gia nước ngoài.
- Khi điều kiện về kinh tế đã ổn định, mức sống người lao động được nâng cao thì nhu cầu về một nơi an cư với nhiều điều kiện lý tưởng, một môi trường sống lành mạnh tiện nghi và hiện đại là một phát sinh tất yếu.
- Theo thống kê sơ bộ, Bình Dương hiện có hơn 1.800 dự án đầu tư nước ngoài với trên 15.000 chuyên gia trong và ngoài nước đến làm việc Đây là đối tượng khách hàng lớn cho dòng bất động sản (BĐS) cao cấp đây.Nhưng trên thực tế có một nghịch lý : các chuyên gia nước ngoài làm việc tại Bình Dương hiện nay hầu hết là cư ngụ tại TPHCM Mỗi ngày họ phải thức dậy từ sớm chạy ôtô đến Bình Dương, chiều tối họ phải quay về TPHCM thật muộn để tránh kẹt xe Có điều này không phải vì Bình Dương thiếu nơi cư ngụ mà bởi Bình Dương không đủ các sản phẩm bất động sản đáp ứng nhu cầu của đối tượng khách hàng này Trong vòng 3 năm qua, thị trường BĐS tại Bình Dương phát triển hết sức sôi động, nguồn cung rất lớn, tuy nhiên hầu hết các dự án lại tập trung vào dòng sản phẩm đất nền, nhà phố giá rẻ hoặc tầm trung Các dự án cao cấp như làng chuyên gia hoặc các khu phức hợp cao cấp thì rất ít ỏi Đây là một cơ hội rất lớn để phát triển xây dựng các khu chung cư và công trình có chất lượng, một mặt đáp ứng nhu cầu của một lượng lớn các khách hàng có tiềm năng, mặt khác góp phần làm thay đổi diện mạo cơ sở hạ tầng cho khu vực và thu về lợi nhuận kinh tế cho các doanh nghiệp đầu tư.
- Bên cạnh đó, mô hình khu phức hợp gồm các chung cư cao cấp kết hợp trung tâm thương mại và các công trình phụ phục vụ nhu cầu vui chơi giải trí của người dân hiện nay còn khá mới mẻ ở Bình Dương Nhóm khách hàng tiềm năng như các chuyên gia đến Việt Nam làm việc ổn định lâu dài hầu hết đều có nhu cầu đưa gia đình, thân nhân đến ở cùng Do đó, nhu cầu của họ không chỉ là 1 nơi ở tiện nghi, đủ dịch vụ mua sắm,giải trí, thương mãi… mà còn cần các nhu cầu thiết yếu cho con cái, gia đình như: học tập chất lượng cao, dịch vụ chăm sóc y tế quốc tế… Có thể nói đây là một trong những dự án tiên phong và đi đầu trong khu vực có tầm nhìn rộng và khả năng đáp ứng tối đa các nhu cầu cao cấp và tiện ích cho những khách hàng khó tính nhất Nhu cầu trước mắt là rất lớn và với tính chất là 1 trong những dự án tiên phong đã tạo 1 lợi thế lớn cho dự án Charm
- Kết hợp sự khảo sát và nắm bắt nhu cầu người dân trong một thời gian dài để hoạch định đối tượng hướng đến, đồng thời Chủ đầu tư là một doanh nghiệp chuyên nghiệp (Charm Engineering and Posco E&C của Hàn Quốc), đảm bảo đáp ứng một dịch vụ nhà ở tốt và hiện đại cho những đối tượng tiềm năng, cộng với một địa thế rất tốt và thuận tiện về mọi mặt đã giúp cho dự án Charm Plaza là một dự án rất có tiềm năng.
- Dự án được xây dựng trên một diện tích rộng 5ha, tổng vốn đầu tư ước khoảng 200 triệu USD Khi hoàn thành sẽ gồm 6 tòa nhà cao 14 tầng nổi và 1 tầng hầm cùng với các công trình tiện ích xung quanh phục vụ sinh hoạt của người dân Dự án cung cấp khoảng 1060 căn hộ diện tích từ 45-64m 2 , thiết kế sang trọng theo hướng không gian mở tăng tối đa phần tiếp xúc với không gian bên ngoài, đồng thời không gian sinh hoạt của căn hộ cũng có thể linh hoạt điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu sử dụng của chủ nhân.Mức giá bán căn hộ dự kiến từ 800-1.000 USD/m 2 Giai đoạn 1 của dự án gồm block B1 đã được khởi công xây dựng vào ngày 1/10/2010, 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 được thiết kế tổng thể là một khu phức hợp đa năng và đồng nhất, liên kết các nhu cầu thiết yếu ngày càng cao của cuộc sống hiện đại Dự án có tổ hợp công trình chính là 6 khối nhà ( block ) đóng vai trò là các chung cư cao cấp và các công trình phụ cận khép kín đáp ứng nhu cầu sống làm việc và vui chơi giải trí cho người sử dụng như nhà trẻ, bệnh viện, sân thể thao, hồ bơi, các quán cà phê sang trọng theo phong cách Pháp và không gian công cộng để tổ chức tang lễ Đặc biệt hệ thống cây xanh và giao thông nội bộ được chú trọng thiết kế với diện tích gần 2/3 tổng diện tích dự án.
Tổng diện tích của dự án là hơn 5ha, trong đó diện tích xây dựng chính vào khoảng 17500 m2, mật độ xây dựng khoảng 35% Các Block ( khối nhà ) chính của khu phức hợp có quy mô 15 tầng gồm 1 tầng hầm ( basement ), tầng trệt là không gian sinh hoạt công cộng, tầng 1 là khu vực siêu thị mua sắm, 11 tầng bên trên ( tầng 2 đến tầng 12 ) là các căn hộ có diện tích từ 45-64m 2 và trên cùng là sân thượng được bố trí là 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 : 1 tầng, chiều cao 4m : khu vực để xe ô tô và xe gắn máy cho cả chung cư Bên cạnh đó còn bố trí bể nước sinh hoạt và bể nước cứu hỏa ( mỗi bể nước có kích thước 8.3*7.7 (m), cao 4(m ) Cao độ mặt sàn tầng hầm :-4.00 (m).
- Tầng trệt : khu vực sảnh đón và khu sinh hoạt công cộng Cao độ hoàn thiện sàn tầng trệt được lấy làm cao độ chuẩn cho các cao độ khác :±0.00 (m), cao độ mặt đất tự nhiên -0.50 (m).
- Tầng 1 : khu vực siêu thị phục vụ mua sắm Cao độ hoàn thiện sàn tầng 1 :+4.20 (m).
- 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
- Với mục đích hướng đến việc xây dựng một mô hình phức hợp các chung cư hiện đại và cao cấp, thiết kế kiến trúc của công trình được đầu tư rất cao Với hình khối kiến trúc khá đơn giản nhưng tạo ấn tượng hiện đại và sang trọng Công trình là 1 khối nhà vuông vức với mặt bằng hình chữ nhật cân đối với diện tích nền 24*48 (m 2 ).
- Điểm nhấn của công trình là kết cấu mái bê tông đúc bằng khuôn với thiết kế phóng khoáng và ấn tượng Ngoài tác dụng thẩm mĩ, kết cấu mái còn có tác dụng trong việc đón gió cho sân thượng với thiết kế khí động học hợp lý Theo thiết kế, phần bên dưới công trình được ốp đá hoa cương sang trọng và phần trên được bao bọc bằng tường rèm thủy tinh cao cấp Rõ ràng, Charm plaza muốn xây dựng một chung cư cao cấp dành cho những đối tượng có thu nhập khá trở lên.
- Mặt đứng công trình được thiết kế đơn giản nhưng sang trọng, đặc biệt là đảm bảo các chức năng cần thiết theo nhu cầu của một cao ốc chung cư cao cấp.
Hệ thống giao thông trong công trình : - Toàn bộ công trình sử dụng 4 thang máy chính và 2 thang bộ phục vụ giao thông theo phương đứng cho các căn hộ Ngoài ra còn 2 thang máy sử dụng riêng cho siêu thị và đơn vị kỹ thuật.
- Giao thông theo phương ngang được thiết kế rất hợp lý Với diện tích hành lang rộng rãi, được thông suốt với nhau và bao quanh 2 lõi thang tạo cảm giảm thuận tiện dù là căn hộ ở bất kỳ vị trí nào.
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 ( hệ kết cấu thuần ) : gồm hệ thuần khung, hệ kết cấu lõi cứng, hệ ống … Trong đó, hệ thuần khung là hệ kết cấu phổ biên nhất trong kết cấu bê tông cốt thép Hệ gồm cấu kiện thẳng đứng ( cột ) và cấu kiện ngang ( dầm khung ) liên kết với nhau thành các khung chịu lực Khung chịu toàn bộ tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang tác động vào công trình Tường đóng vai trò kết cấu bao che Hệ thuần khung nếu tính toán và sử dụng vật liện hợp lý thì có thể đạt đến 15 tầng.
Hệ kết cấu hỗn hợp : là hệ chịu lực kết hợp từ 2 hệ cơ bản trở lên, mang nhiều điểm ưu việt của các kết cấu cơ bản, khả năng chịu lực khá lớn : hệ khung giằng, hệ khung – vách, hệ khung – lõi… Trong đó hệ kết cấu khung - vách và khung – lõi là 2 dạng hệ kết cấu được sử dụng phổ biến hiện nay cho nhà cao tầng Trong hệ kết cấu có vách và lõi, vách và lõi có chức năng chịu tải trọng ngang là chủ yếu Hệ kết cấu vách và với sàn tạo thành những hộp có độ cứng không gian lớn, có thể chịu tải trong ngang cực kỳ tốt.
Công trình Block B1 khu phức hợp Charm plaza là công trình chung cư cao cấp, có hệ kết cấu chịu lực là khung kết hợp lõi cứng Lõi cứng ( hệ tổ hợp nhiều vách cứng theo nhiều phương ), được bố trí đối xứng làm tăng khả năng chịu tải trọng ngang và khả năng chống xoắn cho nhà, đồng thời là kết cấu chịu lực cho thang máy Lợi dụng độ cứng lớn của lõi và vị trí lõi ở giữa công trình, ta đặt hệ cầu thang bộ nằm trong lõi.
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 kết cấu thẳng đứng :
Là gối tựa nâng đỡ và tiếp nhận tải trọng từ hệ kết cấu ngang ( dầm, sàn ) và cùng với dầm, sàn tạo thành những khung cứng, tạo 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.
Đóng vai trò quan trọng trong việc giữ ổn định tổng thể công trình, hạn chế sự dao động của công trình, quyết định dạng dao động của công trình khi 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 kết cấu chịu lực được sử dụng ngày càng nhiều trong kết cấu nhà cao tầng Vách chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang đều tốt, lại khá thích hợp với kết cấu sàn phẳng trong việc kết hợp chịu lực, phù hợp với công trình có yêu cầu kiến trúc cao Vách cũng là giải pháp để hạn chế chuyển vị ngang công trình rất tốt Tùy vào quy mô và yêu cầu công trình mà có thể sử dụng hệ khung vách kết hợp hoặc hệ thuần vách Hình dạng vách thường là vách đơn hoặc vách gồm 2 vách đơn kết hợp theo hình chữ L hoặc chữ T.
Lõi : là mốt tổ hợp vách theo 2 phương, dạng chữ C, chữ E hoặc phức tạp hơn.
Mang nhiều ưu điểm của vách Bên cạnh đó còn tăng cường khả năng chống xoắn.
Kết cấu ống Các hệ kết cấu kết hợp b Lựa chọn Do đặc điểm công trình có kích thước theo 2 phương tương đối chênh lệch lớn, khả năng chống xoắn của công trình thấp nên ta bố trí 2 hệ lõi trung tâm ở 2 khối tăng khả năng chống xoắn cho công trình, bên cạnh đó là hệ kết cấu chịu tải trọng thẳng đứng rất tốt cùng với hệ cột biên Kết cấu thẳng đứng còn có hệ các cột biên được liên kết với nhau bằng dầm biên và sàn Vì công trình có chiều cao không lớn (51m) không cần thiết sử dụng vách chịu lực, bên cạnh đó là để tạo sự thông thoáng cho những khu vực cần không gian rộng rãi như tầng hầm và tầng Trung tâm thương mại nên hệ cột là hợp lý Cột và lõi liên kết cùng làm việc với nhau thông quan hệ thống sàn phẳng.
Bên cạnh đó, do tính tương thích khi làm việc của cột và hệ sàn phẳng, lõi khá phức tạp do sự chênh lệch khá lớn về độ cứng nên phải tính toán và kiểm tra kỹ lưỡng.
3 HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC NẰM NGANG (DẦM - SÀN ) a Tổng quan
- Lựa chọn giải pháp kết cấu nằm ngang tựu chung lại là lựa chọn phương án sàn cho công trình Đó có thể là hệ sàn sườn ( sàn liên kết tuyến trên hệ dầm sàn và dầm khung, dầm liên kết với cột, vách và lõi với nhau cùng làm việc để truyền tải trọng thẳng đứng xuống móng ) Ngoải ra còn có kết cầu sàn phẳng, không dầm, sàn liên kết điểm trực tiếp lên cột, vách và lõi Khi đó sàn thay dầm đóng vai trò liên kết cột, vách và või làm việc với nhau.
- Điểm khác biệt cơ bản của 2 phương án sàn trên là ở tính chất làm việc chịu lực của sàn:
Sàn phẳng : bên cạnh sự làm việc chịu uốn, sàn phẳng còn là cấu kiện chịu nén khi chịu tải trọng ngang, đặc biệt là sàn liên kết với vách và lõi Bên cạnh đó còn phải đảm bảo khả năng chống cắt tại vị trí đầu cột cho sàn Do đó tính toán sàn phẳng tương đối phức tạp.
- Lựa chọn phương án sàn là bước lựa chọn vô cùng quan trọng, bởi nó quyết định lớn đến sự làm việc hợp lý và tính kinh tế cho công trình Theo thống kê, khối lượng bê tông trong sàn chiếm khoảng 30 ÷ 40 % tổng khối lượng bê tông công trình đồng thời tải trọng bản thân sàn là tải trọng tĩnh chính tác động lên khung Thi công sàn cũng khá phức tạp, vì vậy cần cân nhắc các giải pháp sàn để tìm ra giải pháp tối ưu phù hợp với yêu cầu và đặc điểm công trình Ta xem xét 1 số phương án sàn phổ biến sau :
Hệ sàn sườn Gồm hệ dầm và bản sàn Hệ dầm có thể chỉ gồm dầm chính ( dầm khung ) với những sàn có khẩu độ không lớn, hoặc bố trí thêm hệ dầm phụ trực giao, dầm sànđể hạn chế độ võng 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, làm tăng chiều cao tầng, không thích hợp cho nhà có chiều cao tầng thấp ( từ 3.5m trở xuống ) Không phù hợp với nhà cao tầng cần hạn chế chiều cao công trình để hạn chế ảnh hưởng 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 Là sàn có liên kết điểm với cột hoặc liên kết trực tiếp vào vách, lõi cứng , có thể bố trí thêm hệ dầm biên theo chu vi công trình Tùy vào điều kiện tải trọng, nhịp làm việc và yêu cầu kiến trúc mà có thể bố trí mũ cột hoặc drop panel tại vị trí đầu cột.
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU PHẦN NGẦM
Với công trình nhà cao tầng, với điều kiện địa chất trung bình, giải pháp móng nông trên nền tự nhiên hoặc nền qua gia cố là không khả thi Móng sâu ( mọc cọc ) là giải pháp hữ hiệu, vừa đảm bảo phần nền của công trình là lớp địa chất tốt, khả năng chịu tải lớn, bên cạnh đó móng sâu đảm bảo chiều sâu phần móng trong đất đủ lớn để giữ ổn định cho phần thân công trình.
Tùy thuộc vào điều kiện địa chất và quy mô công trình cụ thể mà lựa chọn phương án cọc Cọc ép và cọc đóng thường cho độ sâu không lớn, thi công khó trên 1 số loại đất, bên cạnh đó là sự ảnh hưởng xấu trong quá trình thi công cho công trình lân cận.
Móng cọc khoan nhồi, cọc barrette là những giải pháp có thể cân nhắc lực chọn. trong đó cọc khoan nhồi là phương án đang được sử dụng rộng rãi hiện nay.
2 PHƯƠNG ÁN THI CÔNG TẦNG HẦM
Tầng hầm trong nhà cao tầng hiện nay khá phổ biến và hầu hết được sử dụng để tận dụng không gian Số tầng hầm càng nhiều thì mức độ khó càng tăng và phương an thi công càng phức tạp.
Giải pháp chống đỡ vách đất khi đào tầng hầm là một trong những vấn đề cần tính toán đầu tiên Với những địa chất không quá yếu, số tầng ít, có thể sử dụng cừ lasen làm vách chống Nếu địa chất phức tạp, số lượng tầng hầm nhiều, chiều sâu đào lớn thì có thể kể đến 1 số phương pháp sau :
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 tùy vào phương án thi công, địa chất, quy mô công trình và đặc điểm điều kiện thi công mà có thể sử dụng phương án đào taluy hoặc sử dụng cừ lasen.
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 với khả năng chịu lực khá lớn, nhưng ta tính toán an toàn và xem sự phân bố diện truyền tải vào cột và lõi là như nhau.
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.
Fs : diện truyền tải lên đỉnh cột.
Rb : cường độ bê tông chịu nén.
Dựa vào diện truyền tải từ sàn vào cột và lõi, có diện tích cần thiết ta chọn kích thước cột Vì công trình có chiều dài 2 phương chênh lệch nhau nên để đảm bảo độ cứng theo 2 phương tương đương nhau Chọn tỉ số giữa h/b cho cột : 1.5.
Do kết cấu sàn phẳng nên độ lớn cột ảnh hưởng rất lớn đến điều kiện chống chọc thủng của sàn nên ta không thay đổi kích thước cột khi lên cao. b Sơ bộ tiết diện cột dưới cùng ( cột tầng hầm ) Tải trọng sàn
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 dầm Tải trọng bản thân dầm.
Tải trọng tường trên dầm.
Ngoài ra, tải trọng trên đầu cột còn có tải trọng do bản thân tất cả các cột tầng trên truyền xuống Do đó P tt s sẽ tăng lên đáng kể Nhưng ta không thể xác định chính xác giá trị này Do đó, Q tt s lấy tính toán sẽ được được lấy theo kinh nghiệm : với công trình sàn phẳng, nhà chung cư có nhiều tường, vách ngăn, chọn Q tt s chung cho 1m 2 sàn tầng là 1.8 (T/m 2 ) Sau khi tính được Fc ta kiểm tra lại lực dọc tại chân cột bằng cách cộng thêm khối lượng cột vào bảng tính toán chi tiết bên dưới, đây cũng sẽ là lực dọc có giá trị gần sát với lực dọc tính ra bởi phần mềm Etabs.
Tải trọng quy về đầu cột :
Bảng tính toán sơ bộ tiết diện cột, (hệ số γb2 = 0.85).
Tầng hầm k Fs P tts 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. mFs 2 n P
Lõi cứng là 1 tổ hợp nhiều vách cứng liên kết với nhau theo 2 phương khác nhau, được tính toán tương tự vách cứng - cấu kiện chịu nén lệch tâm ( 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 Fv là 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) →Chọn dầm biên 700*300 mm ( D7030).
Lựa chọn sơ bộ chiều dày sàn phẳng theo TC Mỹ ACI, lựa chọn này dựa trên yêu cầu về biến dạng của sàn khi chịu tải trọng đứng và đồng thời đảm bảo khả năng chống chọc thủng của sàn tại vị trí cột.
CHIỀU DÀY TỐI THIỂU CỦA SÀN PHẲNG
(kG/cm2) 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 : hs min= 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, nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự phát triển mạnh của các công cụ, phần mềm tính toán kết cấu, việc giải quyết bài toán nội lực trong thiết kế trở nên dễ dàng, chính xác và nhanh chóng hơn Điều này cũng là sự đáp ứng cho nhu cầu phát triển của lĩnh vực xây dựng, khi mà độ phức tạp của các mô hình cần tính toán ngày càng tăng, đòi hỏi sự mô phỏng và cơ chế giải quyết vấn đề càng sát thực tế càng tốt, đó là cơ sở để các chương trình tính toán kết cấu ngày càng được phát triển và sử dụng rộng rãi.
Bên cạnh đó, các phương pháp tính toán kết cấu bằng tay là rất cần thiết Nắm vững những kiến thức giải bài toán cơ học bằng phương pháp thuần túy là yếu tố bổ sung và kiểm soát kết quả tính toán từ các phần mềm tính toán.
1 CÁC GIẢ THIẾT 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 cả công trình, do khối lượng công việc cần giải quyết từ việc tính toán xác định nội lực, chuyển vị, đặc trưng động học công trình là rất lớn, không thể giải quyết bằng tính toán thủ công Do đó cần đến sự trợ giúp của các phần mềm chuyên dụng được viết riêng cho mỗi nhu cầu tính toán cụ thể Phương pháp tính toán và giải quyết mô hình trên máy tính hiện nay chủ yếu dựa trên 3 mô hình sau :
Mô hình liên tục : giải trực tiếp phương trình vi phân bậc cao, chủ yếu dựa trên lý thuyết tấm vỏ Phương pháp này phản ánh tốt nhất sự làm việc của kết cấu nhưng khối lượng tính toán rất lớn và phức tạp và không thể giải quyết các bài toán lớn.
Mô hình rời rạc : rời rạc hóa toàn bộ hệ kết cấu chịu lực cả công trình thành những phần tử cơ bản ( thanh, tấm, khối ) Mỗi phần tử được xác định bởi các nút và liên kết với nhau tại các nút Mỗi phần tử được mang một phương trình nội suy nội lực, chuyển vị riêng Các chuyển vị nút được xác định trước tiên dựa vào kết quả giải được của những hệ phương trình cực lớn.Sau đó, giá trị nội lực, chuyển vị tại các vị trí bất kỳ trên mỗi phần tử được xác định thông qua các phương trình nội suy đặc trưng của mỗi loại phần tử đã đề cập ở trên.
Mô hình rời rạc liên tục : rời rạc hóa từng hệ chịu lực, liên kết các hệ chịu lực
PHÂN TÍCH TẢI TRỌNG
Trong 3 phương pháp trên, phương pháp phần tử hữu hạn trên mô hình rời rạc được sử dụng phổ biến hiện nay Xem xét nội dung cơ bản nhất của phương pháp này như sau :
Phân tích phần tử hữu hạn là giải quyết kết cấu phức tạp bất kỳ chịu tải bất kỳ bằng cách chia các hình dạng phức tạp thành những hình dạng đơn giản và nhỏ 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.
Ứng xử của toàn bộ hệ kết cấu được xác định bằng cách ghép toàn bộ các phần tử nhỏ vào một phương trình với bậc tự do của mỗi điểm là chưa xác định.
Những phương trình này được giải bằng kỹ thuật ma trận.
PHÂN TÍCH TẢI TRỌNG 1 TỔNG QUAN
- 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 lấy theo TCVN 2737-1995 và được tính toán cụ thể trong mục này.
Tải trọng bản thân sàn
Tổng quát : - Chiều dày bản BTCT:
Giá trị tiêu chuẩn : G tc s = δ*2.5 (T/m 2 ).
Giá trị tính toán : G tt s = 1.1*δ*2.5 (T/m 2 ).
Giá trị tiêu chuẩn : G tc ht = i * i (T/m 2 ).
Giá trị tính toán : G tt ht = n i * i * i (T/m 2 ).
Giá trị cụ thể : - Sàn tầng hầm : S30, không hoàn thiện :
Giá trị tiêu chuẩn : G tc s = 0.75 (T/m 2 ).
Giá trị tính toán : G tt s = 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.
- 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 tường xây 100 : do ảnh hưởng tải trọng tường xây lên sàn là không quá lớn so với trường hợp tải trọng bản thân tường xây 200 nên ta có thể nhập tải tường 100 phân bố đều trên sàn.
Tải trọng bản thân tường xây 200 : do ảnh hưởng tải trọng tường xây tập trung lên sàn khá lớn, sàn không dầm làm việc bất lợi nên ta nhập tải tường 200 phân bố trên các dầm ảo lên sàn ( tải phân bố chiều dài ).
- Bảng giá trị tải trọng tường quy về tải trọng phân bố chiều dài và phân bố diện tích tính cho tầng điển hình, chiều cao tường : 3.5 – 0.6 = 2.9 (m), với 0.6 là chiều cao gồm sàn dày 0.3m và trần kỹ thuật dày 0.3m.
Gi = δi *h*γi ( kG/m ): tải trọng 1m chiều dài lớp cấu tạo.
0 a = ( G i )*0.7( kG/m ): tải trọng 1m chiều dài của tường 200 có 2 cửa.
0 a = ( G i )*0.8 ( kG/m ): tải trọng 1m chiều dài của tường 200 có 1 cửa.
0 ngcua = 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 t100 *l t100 ( kG/m 2 ) : tải trọng tường 100 quy về phân bố đều trên sàn.
G ’ t200 = G tkhongcua200 *l t200 ( kG/m 2 ) : tải trọng tường 200 quy về phân bố đều trên 24*48 sàn.
Gti Gt100= 846 (kG/m) G tk2h0o0ngcua = 1320 (kG/m)
- Bảng giá trị tải trọng tường chắn bancol T200 quy về tải trọng phân bố chiều dài tính cho tầng điển hình, chiều cao tường chắn: 1.5 (m), tường chắn 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 Ptc kG/m 2 n Ptt 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 cho các tầng có chiều cao tầng khác nhau – tường trên dầm khai báo phân bố chiều dài 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 1
- Bài toán động và bài toán tĩnh khác nhau ở 2 điểm chủ yếu :
Thứ nhất : tải trọng động thay đổi theo thời gian về độ lớn, phương chiều và cả điểm đặt lên công trình Kéo theo là sự thay đổi ứng xử của công trình, cụ thể là trong nội lực kết cấu Như vậy kết quả phân tích các giá trị cần biết của kết cấu về nội lực,chuyển vị phải là những giá trị có hàm theo biến thời gian.
Thứ hai : do kết cấu có khối lượng, khi chuyển động có gia tốc thì phát sinh lực quán tính Phải kể đến lực quán tính này trong các phương trình tính toán Và do đó có thể thấy, khối lượng công trình là một yếu tố có ảnh hưởng lớn đến tính chất động học của công trình.
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.
- Khi đó, toàn bộ công trình sẽ có mô hình đơn giản là một thành công xôn mang trên nó n khối lượng tập trung ( n : sống tầng, cũng là số bậc tự do ).
- Ta thiết lập được phương trình vi phân thể hiện 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 vào công trình.
- Khi bỏ qua giá trị của ma trận cản, ta được phương trình vi phân thuần nhất không cản, dùng để xác định tần số và dạng dao động riêng của bản thân hệ.
- 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.
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 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ (TCVN 2737-1995; TCXD 229-1999)
-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 (c = +0,8; c = -0,6) k(zj) ÷ Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió, phụ thuộc vào độ cao zj so với mốc chuẩn. g ÷ Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió; g=1,2.
2 Thành phần động: a Điều kiện phải tính gió động
- Nhà nhiều tầng có H>40m - 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
- do xung của vận tốc gió và lực quán tính của công trình gây ra c Trình tự các bước tính toán xác định thành phần động c.1.Kiểm tra công trình có phải tính gió động không? Phải kiểm tra mất ổn định khí động không? ( Theo điều 1.2, 1.3 trong TCVN 229-1994 ) c.2.Thiết lập sơ đồ tính toán - 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 CT là không đổi
- Vị trí các điểm tập trung khối lượng tương ứng với cao trình trọng tâm của kc truyền tải trọng ngang ( sàn, mb bố trí giằng ngang, sàn thao tác…)
- Độ cứng của công son bằng độ cứng tương đương của CT ( trên cơ sở độ cứng ở đỉnh công son= sự dịch chuyển ở đỉnh công trình thực c.3 Xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh c.4.Xác định thành phần động c.5.Xác định giá trị tiêu chuẩn và giá trị tính toán của thành phần động tải trọng gió lên các phần tính toán của công trình c.5.1 Xác định tần số và dạng dao động
- Xác định tần số dao động thứ nhất f1 của công trình (có thể vận dụng các công thức
- Xác định giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL (Theo bảng 2 - TCVN 229-1994) c.5.2 So sánh f1 với tần số giới hạn fL
- Khi tần số dao động thứ nhất f1(Hz) của công trình lớn hơn giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL(Hz),thì thành phần động của tải trọng gió chỉ cần kể đến tác dụng của xung vận tốc gió Khi đó giá trị tính toán thành phần động của áp lực gió Wpj tác dụng lên phần thứ j của công trình được xác định theo công thức:
Wj +Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió tác dụng lên phần thứ j của công trình ζj ÷ Hệ số áp lực động của tải trọng gió, ở cao độ ứng với phần thứ i của công trình ( tra ở bảng 3 TCVN 2737-1995 ) υ ÷ Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió, ứng với các dao động khác nhau của công trình.
- Nếu bề mặt công trình hình dạng chữ nhật định hướng song song với các trục cơ bản thì v1 lấy theo bảng 4 TCVN 229-1994 Còn các tham số Ƿ và X lấy theo bảng 5 TCVN 2291994
- 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 giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL(Hz),thì thành phần động của tải trọng gió phải kể đến tác dụng của cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình.
* Trường hợp 2a: Khi tần số dao động riêng cơ bản thứ s, thỏa mãn bất đẳng thức fsB3 TCVN229-1994 HOẶC THEO PHẦN MỀMETABS 2013)
- Xác định giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL ( Theo bảng 2 - TCVN 229-1994) c.5.2 So sánh f1 với tần số giới hạn fL
- Khi tần số dao động thứ nhất f1(Hz) của công trình lớn hơn giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL(Hz),thì thành phần động của tải trọng gió chỉ cần kể đến tác dụng của xung vận tốc gió Khi đó giá trị tính toán thành phần động của áp lực gió Wpj tác dụng lên phần thứ j của công trình được xác định theo công thức:
Wj +Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió tác dụng lên phần thứ j của công trình ζj ÷ Hệ số áp lực động của tải trọng gió, ở cao độ ứng với phần thứ i của công trình ( tra ở bảng 3 TCVN 2737-1995 ) υ ÷ Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió, ứng với các dao động khác nhau của công trình.
- Nếu bề mặt công trình hình dạng chữ nhật định hướng song song với các trục cơ bản thì v1 lấy theo bảng 4 TCVN 229-1994 Còn các tham số Ƿ và X lấy theo bảng 5 TCVN 2291994
- 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 giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL(Hz),thì thành phần động của tải trọng gió phải kể đến tác dụng của cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình.
* Trường hợp 2a: Khi tần số dao động riêng cơ bản thứ s, thỏa mãn bất đẳng thức fs
