Đồ án tốt nghiệp tòa nhà cao ốc văn phòng 18 tầng Phú Mỹ Hưng Quận 7 Tp Hồ Chí Minh

- Để đáp ứng yêu cầu trên của công trình, ta đã lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân là loại cột, lõi vách bê tông cốt thép, sàn bê tông không dầm ứng lực trước cùng tham gia chịu lực..

MỤC LỤC

PHẦN 1: KIẾN TRÚC Trang 1 PHẦN 2: KẾT CẤU BÊN TRÊN

Chương I: CƠ SỞ THIẾT KẾ

I.1 Qui phạm Trang 11 I.2 Cơ sở thiết kế Trang 11 I.3 Vật liệu xây dựng Trang 11 I.4 Hình dạng công trình Trang 11 Chương II: THIẾT KẾ SÀN ỨNG LỰC TRƯỚC

Phần A : Giới thiệu Trang 12 Phần B : Lý thuyết tính toán tổn hao Trang 20 Phần C : Tính toán Trang 26 Phần D : Quy trình kỹ thuật thi công Trang 45 Chương III: TÍNH TOÁN CẦU THANG

III.1 Kích thước Trang 57 III.2 Vật liệu Trang 57 III.3 Tải trọng Trang 57 III.4 Tính toán các cấu kiện cầu thang Trang 59 Chương IV: THIẾT KẾ PHẦN KHUNG

IV.1 Cơ sở tính toán Trang 66 IV.2 Tải trọng tác động và các trường hợp tổ hợp Trang 66 IV.3 Tính toán tải trọng gió Trang 67 IV.4 Tính toán nội lực Trang 80 IV.5 Tính toán cốt thép khung trục D Trang 81 PHẦN 3: NỀN MÓNG

Chương I: ĐỊA CHẤT

I.1 Giới thiệu về công trình Trang 88 II.2 Điều kiện địa chất công trình Trang 88 Chương II: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CỌC KHOAN NHỒI

II.1 Cơ sở tính toán Trang 91 II.2 Thiết kế móng cột C1 Trang 91 II.3 Thiết kế móng cột C2 Trang 108

II.4 Thiết kế móng cột C7 Trang 124 II.5 Thiết kế móng dưới lõi thang máy Trang 125 Chương III: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÓNG BÈ TRÊN NỀN CỌC

III.1 Cơ sở tính toán Trang 140 III.2 Tính toán móng bè trên nền cọc Trang 140 Chương VI: THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

VI.1 Biện pháp thi công cọc khoan nhồi Trang 158 VI.2 Thiết kế thi công Trang 170

PHẦN 1 KIẾN TRÚC

- Căn cứ vào các số liệu ghi nhận được tại hiện trường và các kết quả thí nghiệm trong phòng của 105 mẫu đất nguyên dạng, công ty NAGECCO đã thành lập báo cáo địa chất công trình cho toàn bộ khu vực cao ốc văn phòng thông qua 5 hình trụ

hố khoan

- Căn cứ văn bản thỏa thuận về kiến trúc qui hoạch của Sở Quy hoạch Kiến trúc Thành phố Hồ Chí Minh

- Các tiêu chuẩn quy phạm hiện hành của Việt Nam :

a Tiêu chuẩn Kiến trúc:

- Quy chuẩn xây dựng Việt Nam

- Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCXDVN 276-2003, TCXDVN 323-2004)

- Những dữ liệu của kiến trúc sư

b Tiêu chuẩn kết cấu:

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

- Kết cấu bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế - TCVN

356-2005

- Kết cấu gạch đá – Tiêu chuẩn thiết kế - TCVN 5573-1991

- Nhà cao tầng Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối – TCXD 198 :1997

- Móng cọc Tiêu chuẩn thiết kế - TCXD 205 : 1998

- Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình - TCXD 45-78

- Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất – TCXDVN

375-2006

c Tiêu chuẩn điện, chiếu sáng, chống sét:

- Việc lắp đặt vật tư, thiết bị sẽ tuân theo những yêu cầu mới nhất về quy chuẩn, hướng dẫn và văn bản có liên quan khác ban hành bởi các cơ quan chức năng, viện nghiên cứu và tổ chức tham chiếu những mục khác nhau, cụ thể như sau:

+ NFPA – Hội chống cháy Quốc gia (National Fire Protection Association)

+ ICCEC – Tiêu chuẩn điện Hội đồng tiêu chuẩn quốc tế (International Code Council Electric Code)

+ NEMA – Hội sản xuất vật tư điện (National Electric Manufacturer Association)

+ IEC – Ban kỹ thuật điện quốc tế (International Electric Technical Commission)

+ IECEE – Tiêu chuẩn IEC về kiển định an toàn và chứng nhận thiết bị điện

- Luật định và tiêu chuẩn áp dụng:

+ 11 TCN 18-84 “Quy phạm trang bị điện”

+ 20 TCN 16-86 “Tiêu chuẩn chiếu sáng nhân tạo trong công trình dân dụng”

+ 20 TCN 25-91 “Đặt đường dẫn điện trong nhà ở và công trình công cộng – Tiêu chuẩn thiết kế”

+ 20 TCN 27-91 “Đặt thiết bị điện trong nhà ở và công trình công cộng – Tiêu chuẩn thiết kế”

+ TCVN 4756-89 “Quy phạm nối đất và nối trung tính các thiết bị điện”

+ 20 TCN 46-84 “Chống sét cho các công trình xây dựng – Tiêu chuẩn thiết kế thi công”

+ EVN “Yêu cầu của ngành điện lực Việt Nam (Electricity

of Vietnam)”

+ TCXD-150 “Cách âm cho nhà ở”

+ TCXD-175 “Mức ồn cho phép các công trình công cộng”

d Tiêu chuẩn về cấp thoát nước:

- Quy chuẩn “Hệ thống cấp thoát nước trong nhà và công trình”

- Cấp nước bên trong Tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 4513 – 1988)

- Thoát nước bên trong Tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 4474 – 1987)

- Cấp nước bên ngoài Tiêu chuẩn thiết kế (TCXD 33-1955)

- Thoát nước bên ngoài Tiêu chuẩn thiết kế (TCXD 51-1984)

e Tiêu chuẩn về phòng cháy chữa cháy:

- TCVN 2622-1995 “Phòng cháy và chống cháy cho nhà và công trình – Yêu cầu thiết kế” của Viện tiêu chuẩn hóa xây dựng kết hợp với Cục phòng cháy chữa cháy của Bộ Nội vụ biên soạn và được Bộ Xây dựng ban hành

- TCVN 5760-1995 “Hệ thống chữa cháy yêu cầu chung về thiết kế, lắpo đặt

Hiện nay các tòa nhà văn phòng khu trung tâm trở nên hiếm và đắt đỏ Vì vậy các công ty có xu hướng thuê các văn phòng công ty ở những khu vực xa hơn Phú Mỹ Hưng là khu vực lý tưởng cho công trình xây dựng

Trên khu vực Phú Mỹ Hưng, công trình mới cùng các tòa nhà hiện hữu sẽ tạo thành điểm nhấn, thành một dấu hiệu của sự phát triển đô thị và góp phần tô điểm cảnh quan quan của đô thị hiện đại

Công trình có dạng hình chữ nhật, đối xứng nhau Hai lối vào từ đường chính dẫn vào khu đậu xe của tầng hầm và liên hoàn với hệ thống đường nội bộ có sẵn bên hông công trình

Giao thông đứng là hệ thống 8 thang máy đảm bảo phân bố lưu lượng người hợp lý trong giờ cao điểm và 2 thang thoát hiểm thiết kế theo tiêu chuẩn phòng cháy chữa cháy

Cấp công trình: Công trình cấp 1, bậc chịu lửa cấp 1

- Tòa nhà là một công trình có hình dạng là một hình chữ nhật đối xứng Vì đây

là một công trình có chứa năng làm văn phòng làm việc nên yêu cầu giải pháp thiết

kế lựa chọn là hiện đại, đơn giản, thông thoáng, cơ động là linh hoạt tạo không gian lớn

- Để đáp ứng yêu cầu trên của công trình, ta đã lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân là loại cột, lõi vách bê tông cốt thép, sàn bê tông không dầm ứng lực trước cùng tham gia chịu lực

- Diện chịu tải của hệ cột tương đối lớn nên thiết kế chọn cột có diện tích (1400x1400) mm; vách, lõi có chiều dày là 300 mm Hệ sàn bê tông ứng lực trước không dầm là 300 mm Tầng hầm sử dụng hệ dầm sàn thông thường có chiều dày sàn là 300, tiết diện dầm là (800x500) mm

- Căn cứ theo báo cáo khảo sát địa chất công trình, tải trọng tác động và hệ kết cấu phần thân, ta sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi có các tiết Ø1500 mm có chiều dài 46 m, sức chịu tải dự kiến 790 tấn

- Hệ kết cấu móng là hệ đài cọc cao 3 m kết hợp với hệ giằng móng cao 0.8 m sẽ làm tăng độ cứng và sự làm việc tổng thể của kết cấu

- Vật liệu sử dụng cho công trình như sau:

+ Bê tông cọc, tường vây dùng Mác 350

+ Bê tông móng, đài, giằng dùng Mác 350

+ Bê tông phần thân dùng Mác 350

+ Cốt thép Ø < 10 dùng thép AI

280 15000 '

+ Đường kính cáp : Dcáp= 15.2 (mm) + Diện tích tiết diện cáp : A ps= 140 (mm2) + Giới hạn bền của cáp : f pu= 1860 (MPa) + Giới hạn chảy của cáp : f py= 1670 (MPa) + Modul biến dạng đàn hồi : E ps= 1.95 x 105 (MPa)

+ Cáp có tổn hao do chùng ứng suất sau 100 giờ là 3.5% + Các thông số để thiết kế tổn hao do ma sát của cáp là :

15 0

2.3.2 Lắp đặt máy biến thế và tủ đóng cắt cao thế H.V

- Thiết kế sử dụng máy biến thế dầu 2 bộ, mỗi bộ có công suất là

2000 KVA

- Tủ đóng cắt cao thế sẽ gồm cầu dao đóng cắt tự động loại chân không đặt trong hộp kín, loại dùng cho ngoài trời và được đặt bên ngoài nhà cạnh máy biến thế

2.3.3 Đồng hồ đếm điện:

- Đặt đồng hồ đo đếm điện ở tất cả các mạch cấp điện chính tại tủ điện hạn thế

- Phần chiếu sáng chung và nguồn cấp điện chung cho khu văn phòng cho thuê

sẽ được lắp đồng hồ đo tại phòng điện của mỗi tầng

2.3.4 Máy phát điện dự phòng:

- Bố trí lắp đặt máy phát điện Diesel dự phòng khoảng 1600 KVA, có điện áp cung cấp 380/220V 50Hz 4 dây, vòng quay là 1500-1800 vòng/phút tại tầng hầm

2 để cung cấp điện cho tất cả những phụ tải điện cần thiết

- Máy phát điện sẽ tự động chạy và phát điện cho tòa nhà qua bộ chuyển đội tự động nếu hệ thớng điện lưới có sự cố và sẽ tự động chuyển đổi phụ tải trở về khi

hệ thống điện lưới ổn định Khi mất điện những phụ tải an toàn sẽ chuyển sang dùng máy phát điện trong vòng 10 giây, những phụ tải không ảnh hưởng đến sự

an toàn sẽ tự cắt và lần lượt theo thứ tự ưu tiên nối lại vào nguồn máy phát điện khẩn cấp Dung lượng của nguồn máy phát điện khẩn cấp và phụ tải sử dụng sẽ được theo dõi để những phụ tải được nối lại không vượt quá dung lượng của máy phát điện

2.3.5 Tủ đóng ngắt và phân phối điện hạ thế:

- Bố trí tủ đóng cắt điện thế có bộ chuyển mạch tự động để phân phối cho tòa nhà

- Lắp đặt đồng hồ đo đóng ngắt và rờle bảo vệ

- Lắp đặt bộ tụ bù công suất Công suất phản kháng của m64i bộ tụ bù không vượt quá 50 KVAR

- Dùng ống cáp dẫn điện, đặt trong vỏ kim loại để phân phối điện đến những trung tâm phụ tải tại những cầu giao cách ly hoặc tủ phân phối

- Hệ thống dây đi trong ống chôn kín sẽ được dùng trong suốt tòa nhà cho chiếu sáng công cộng và nguồn động lực nhỏ ngoại trừ khu vực phòng máy và trần giả

- Hệ thống ống hộp luồn dây trục đứng được lắp đặt trong lòng ống trục đứng trung tâm sẽ cấp điện động lực và chiếu sáng cho mỗi tầng

2.3.6 Điện chiếu sáng:

Việc thiết kế những hệ thống chiếu sáng và lựa chọn thiết bị chiếu sáng có tầm quan trọng đặc biết đối với tòa nhà này Vì vậy thiết kế này đã sử dụng những loại đèn có hiệu suất cao, tỏa ánh sáng mạnh và dùng bộ chấn lưu có hệ số công suất cao

và tiết kiệm năng lượng

2.4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP THOÁT NƯỚC

2.4.1 Hệ thống cấp nước

- Công trình là hạng mục trong quần thể các công trình đã có sẵn của Công ty Cổ phần Cơ điện lạnh REE, nên hệ thống cấp nước sinh hoạt lấy từ bể nước ngầm hiện hữu 1200 m3 Các sinh hoạt được cấp chủ yếu cho nhà vệ sinh ở các tầng và các còi nước ở gara tầng hầm Trên đường ống cấp nước vào mỗi khu vực đều lắp các van khóa nước để cách ly khỏi hệ thống khi cần thiết

- Căn cứ trên quy mô và mục đích sử dụng nước của công trình để xác định nhu cầu sử dụng nước trong ngày:

+ Qsinh hoạt = 336 (m3/ngày) + Qgiải nhiệt ĐHKK = 170 (m3/ngày)

- Kích thước đường ống cấp nước được tính toán theo đương lượng thiết bị sử dụng Vận tốc được giới hạn để không gây ồn cho tòa nhà: vmax = 1.5 (m/s)

- Sử dụng 2 bơm (trong đó có 1 bơm dự phòng) để bơm nước từ bể nước ngầm lên bể nước mái có dung tích 100 m3

2.4.1 Hệ thống thoát nước

- Nước thải sinh hoạt có 2 loại là nước thải rửa và nước thải xí tiểu và được dẫn theo đường ống riêng Nước thải rửa được dẫn trực tiếp tới trạm xử lý nước trung tâm Nước thải xí tiểu được xử lý sơ bộ qua bể tự hoại rồi dẫn tới trạm xử lý nước thải trung tâm Và cuối cùng, hệ thống nước thải sau khi được xử lý sẽ được dẫn ra

hệ thống thoát nước chung của thành phố trên đường Cộng hòa

- Tại mỗi tầng, nước thải từ các thiết bị được thu về các ống nhánh sau đó đưa ra ống đứng thoát nước Các trục ống đứng được bố trí trong các hộp gainte Nắp thông tắc được bố trí tại đầu ống nhánh và chân ống đứng Thiết kế và bố trí hệ thống ống thông hơi dùng để ổn định và cân bằng áp suất trong thống thoát nước Kích thước các đường ống là đảm bảo và hợp lý

- Hệ thống thoát nước mưa là dựa trên cơ sở số liệu cường độ mưa tại thành phố

Hồ Chí Minh và diện tích thu nước của công trình

- Cường độ mưa được tính toán trong 5 phút và chu kì vượt quá cường độ tính toán bằng 1 năm: q5 = 496 (l/s/ha)

2.5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỮA CHÁY

- Do yêu cầu và tầm quan trọng của công trình, thiết kế sử dụng giải pháp hệ thống chữa cháy bao gồm cả hệ thống chữa cháy bằng nước và bằng bình chữa cháy

- Hệ thống chữa cháy bằng nước sử dụng vòi phun và sprinkler

- Hệ thống chữa cháy bằng bình dùng để dập tắt các đám cháy mới phát sinh, các đám cháy tại các khu vực không thể và không có hệ thống chữa cháy bằng nước

Sử dụng 2 loại bình là bình bột hóa học ABC 4.5 kg và bình khí CO2 loại 4.5 kg

2.6 THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG

- Sử dụng hệ thống báo cháy địa chỉ làm việc làm việc liên tục 24/24 giờ trong ngày Các đầu báo cháy được lắp đặt tại các nơi quan trọng trong tòa nhà

- khi đám cháy xảy ra tại các nơi không có đầu báo cháy như ngoài nhà, phòng

vệ sinh … thì người sử dụng có thể ấn các nút nhấn báo cháy để chuyển hệ thống sang trạng thái báo động

- Để giao tiếp được với hệ thống báo cháy, tín hiệu từ các hệ thống khác như hệ thống âm thanh công cộng, hệ thống quạt tạo áp cầu thang, hệ thống thông gió,… phải thông qua các module địa chỉ

PHẦN 2 KẾT CẤU BÊN TRÊN

CHƯƠNG I

CƠ SỞ THIẾT KẾ

I.1 QUI PHẠM

Những tiêu chuẩn sau đây được sử dụng trong quá trình tính toán thiết kế:

+ TCVN 2737-1995: Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động

+ TCXDVN 5574-1991: Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép

+ ACI 318-2005 : Building code requirements for structural concrete and commentary

+ PCA Notes on ACI 318-02

I.2 CƠ SỞ THIẾT KẾ

Hệ khung chịu lực chính cho toàn bộ công trình là hệ cột, vách và sàn ứng lực trước, không sử dụng dầm kể cả dầm biên

Công trình có mặt bằng hình chữ nhật Ta sử dụng ứng lực trước căng sau không dính cho kết cấu sàn nhịp lớn

Ta tính toán hệ khung chịu lực chính là khung không gian, khai triển bản vẽ thép khung theo hai khung phẳng

I.3 VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Vật liệu xây dựng cần có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, khả năng chống cháy tốt Nhà cao tầng thường có tải trọng rất lớn Nếu sử dụng các loại vật liệu trên tạo điều kiện giảm được đáng kể tải trọng cho công trình, kể cả tải trọng đứng cũng như tải trọng ngang do lực quán tính Vật liệu có giá thành hợp lý

Trong điều kiện tại Việt Nam hay các nước thì vật liệu BTCT hoặc thép là các loại vật liệu đang được các nhà thiết kế sử dụng phổ biến trong các kết cấu nhà cao tầng

I.4 HÌNH DẠNG CÔNG TRÌNH

I.4.1 THEO PHƯƠNG NGANG

Nhà cao tầng cần có mặt bằng đơn giản, tốt nhất là lựa chọn các hình có tính chất đối xứng cao Trong các trường hợp ngược lại công trình cần được phân ra các phần khác nhau để mỗi phần đều có hình dạng đơn giản

Các bộ phận kết cấu chịu lựu chính của nhà cao tầng như vách, lõi, khung cần phải được bố trí đối xứng Trong trường hợp các kết cấu này không thể bố trí đối xứng thì cần phải có các biện pháp đặc biệt chống xoắn cho công trình theo phương đứng

Hệ thống kết cấu cần được bố trí làm sao để trong mỗi trường hợp tải trọng sơ đồ làm việc của các bộ phận kết cấu rõ ràng mạch lạc và truyền tải một cách mau chóng nhất tới móng công trình

Tránh dùng các sơ đồ kết cấu có các cánh mỏng và kết cấu dạng congson theo phương ngang vì các loại kết cấu này rất dễ bị phá hoại dưới tác dụng của động đất

và gió bão

I.4.2 THEO PHƯƠNG ĐỨNG

Độ cứng của kết cấu theo phương thẳng đứng cần phải được thiết kế đều hoặc thay đổi đều giảm dần lên phía trên

Cần tránh sự thay đổi đột ngột độ cứng của hệ kết cấu ( như làm việc thông tầng, giảm cột hoặc thiết kế dạng cột hẫng chân cũng như thiết kế dạng sàn dật cấp) Trong các trường hợp đặc biệt nói trên người thiết kế cần phải có các biện pháp tích cực làm cứng thân hệ kết cấu để tránh sự phá hoại ở các vùng xung yếu

CHƯƠNG II THIẾT KẾ SÀN ỨNG LỰC TRƯỚC

PHẦN A: GIỚI THIỆU MỘT SỐ NÉT TỔNG QUAN VỀ SÀN

BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC

I ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ ỨNG LỰC TRƯỚC TRONG SÀN

Sở dĩ hệ thống sàn thường được quan tâm nhiều nhất khi áp dụng công nghệ ứng lực trước (ULT)

Là do : đó là bộ phận kết cấu có chi phí đáng kể nhất, chiếm không dưới 50% tổng chi phí kết cấu toàn nhà tính trên một đơn vị diện tích sàn Việc sử dụng bêtông cốt thép ULT sẽ có tác động thuận lợi vào giá thành công trình theo hai hướng:

- Thứ nhất, trọng lượng bản thân sàn được giảm nhẹ Bề dày sàn ULT giảm xuống còn khoảng (65÷80%) bề dày của sàn bêtông cốt thép thường với cùng kích thước nhịp

và điều kiện tải trọng Khối lượng cốt thép cũng được giảm mạnh nhưng bù vào đó giá thành thép cường độ cao rất lớn (gấp 3 ÷4 lần thép xây dựng bình thường ) nên chi phí

về cốt thép không thay đổi bao nhiên Tuy vậy, việc giảm trọng lượng bản thân sàn sẽ kéo theo việc giảm khối lượng vật tư cho nhiều kết cấu khác như cột, tường, móng …

Và từ đó có thể giảm chiều cao tầng nhà ,giảm thành phần động của tải trọng gió và tải trọng động đất lên công trình, giảm độ võng và loại trừ các vết nứt trên sàn; làm được các sàn khẩu độ lớn, tăng diện tích sử dụng, dễ bố trí và ngăn chia phòng, có thể không cần đến trần treo, thuận lợi khi thay đổi chức năng sử dụng của công trình

- Thứ hai, tiến độ thi công sàn tăng nhanh, do sử dụng bêtông mác cao kết hợp với phụ gia Một số công trình đã được xây dựng cho thấy tiến độ thi công trung bình 7÷10 ngày cho diện tích xây dưng 400÷500 m2 /sàn Công tác ván khuôn khá đơn giản, sau khi thi công kéo căng tạo ULT có thể tháo dỡ ván khuôn, thi công thuận lợi, tốc độ nhanh

Tuy nhiên khi thi công gặp khó khăn ở những nơi thay đổi cốt cao độ của sàn (như

WC, ban công, lôgia…)

II CÁC DẠNG SÀN SÀN BÊTƠNG ỨNG LỰC TRƯỚC

Sàn bê tơng ứng lực trước căng sau được sử dụng trong nhà cao tầng hiện đại thường là: sàn cĩ dầm bản rộng một phương (hình 1.a), sàn cĩ dầm bản rộng hai phương (hình 1.b) sàn bản phẳng khơng dầm (hình 1.c), sàn lưới (hình 1.d), sàn nấm (sàn cĩ bản đệm đầu cột) Việc lựa chọn dạng sàn thích hợp cho trường hợp cụ thể thường xuất phát từ độ lớn của nhịp sàn và tải trọng tác dụng lên sàn

Tuy nhiên, trong nhà cao tầng tải trọng tác dụng lên sàn thường ở mức trung bình,

do vậy việc lựa chọn giải pháp kết cấu sàn thường chủ yếu được quan tâm từ yếu tố độ lớn nhịp sàn

a Sàn loại bản một phương b Sàn loại bản hai phương

Cốt thép kéo căng thường sử dụng loại cốt thép xoắn 7 sợi cĩ đường kính 12,7mm hoặc 15,2 mm Cốt thép kéo căng khơng bám dính thường là loại cĩ vỏ bọc được chế tạo sẵn Cốt thép kéo căng cĩ bám dính dùng trong sàn bê tơng ứng lực trước căng sau

để trần và thường được bố trí thành từng bĩ 3  5 thanh trong ống thép xoắn hình dẹt Neo ứng lực trước được lựa chọn phù hợp với cơng nghệ và loại cốt thép kéo căng

được sử dụng Đối với cốt thép kéo căng dạng thép xoắn 7 sợi thì neo ứng lực trước là loại neo kẹp

có trường hợp là công sở, văn phòng, nhà cho thuê sử dụng với nhiều mục đích khác nhau

Thông thường đối với kết cấu sàn bản phẳng bê tông ứng lực trước căng sau chiều dày của sàn được lựa chọn ở mức

45

1 40

Trong trường hợp này tốt hơn là nên sử dụng sàn phẳng không dầm có bản đệm đầu cột như được thể hiện trên hình 2 Loại sàn không dầm có bản đệm đầu cột

có ưu điểm là khả năng vượt nhịp lớn, chiều cao sàn nhỏ, không có hệ dầm ngăn cản đường đi của các ống kỹ thuật Công tác côpha, cốt thép cho loại sàn này tương

đối đơn giản, thuận lợi cho công tác thi công, giảm thời gian thi công công trình, giảm giá thành xây dựng Sàn phẳng không dầm có bản đệm đầu cột thích hợp cho trường hợp sàn nhịp lớn (lớn hơn 9m) hoặc sàn có nhịp trung bình nhưng chịu tải trọng lớn Chiều dày bản sàn được lựa chọn vào khoảng

50

1 45

Sàn phẳng không dầm có bản đệm đầu cột được đánh giá cao về tính hiệu quả của nó và đang được sử dụng phổ biến trong các nhà cao tầng hiện đại trên thế giới

Sàn có dầm bản rộng

Thông thường các dầm bản rộng được bố trí theo một phương Cách cấu tạo này

đã biến sàn hai phương thành một hệ thống kết cấu mà bản sàn chịu lực theo một phương còn phương kia là phương chịu lực của các dầm Do có bản rộng lại được tạo ứng lực trước nên chiều cao dầm có thể giảm xuống và do vậy tổng chiều cao của kết cấu sàn cũng sẽ bé đi Ngoài ra, do bản dầm rộng nên nhịp thông thuỷ của bản sàn cũng được giảm đi, tạo điều kiện để giảm chiều dày của bản sàn

Dầm bản rộng có thể được chia ra làm hai loại: dầm khung bản rộng va dầm sàn bản rộng

Dầm khung bản rộng là các dầm bản rộng liên kết các cột như được thể hiện trên hình 3 Trong trường hợp này dầm bản rộng vừa đóng vai trò dầm đỡ sàn, vừa đóng vai trò dầm của khung chịu lực Cũng như sàn phẳng có bản đệm đầu cột, sàn có dầm khung bản rộng được sử dụng hiệu quả cho trường hợp nhịp lớn hoặc sàn nhịp trung bình chịu tải trọng lớn Loại sàn này có ưu điểm là chiều cao kết cấu sàn không quá lớn, cốt thép và côpha đơn giản, dễ thi công Dầm được bố trí theo một phương nên có thể lắp đặt các ống kỹ thuật theo phương này dễ dàng Ngoài ra cách

bố trí dầm theo một phương làm cho sàn có cấu tạo và sơ đồ làm việc đơn giản hơn

là cấu tạo theo hai phương Chiều cao của dầm thường được lựa chọn vào khoảng

30

1 25

1

 độ lớn nhịp, khoảng cách giữa các dầm vào khoảng 3m  6m Bản sàn có thể được tạo ứng lực

trước hoặc không tạo ứng lực trước, hệ thống dầm bản rộng cần được tạo ứng lực trước để giảm bớt chiều cao tổng cộng và trọng lượng của sàn

Một số loại sàn khác

Loại sàn có dầm bản rộng như được thể hiện trên có nhược điểm là khó bố trí các ống kỹ thuật có kích thước lón theo phương vuông góc với các dầm Để khắc phục khó khăn này người ta đã thiết kế hệ sàn đặc biệt như được thể hiện trên hình 6 Đây

là loại kết cấu sàn hiện đại đang được quan tâm trong xây dựng nhà cao tầng Chiều cao dầm và khoảng cách giữa các dầm tương tự như trường hợp sàn có dầm bản rộng

Các ưu điểm nổi bật của loại sàn này bao gồm: có khả năng vượt nhịp lớn, dễ bố trí các hệ thống kỹ thuật, dễ thi công kể cả công tác côpha, cốt thép và công tác ứng lực trước Với các sàn loại này có thể bố trí các neo kéo căng ở ngay trong nhà nên thuận lợi cho thi công và dễ cho công tác bảo vệ neo về sau

Trường hợp sàn nhà cao tầng có nhịp quá lớn không thích hợp cho các loại sàn được giới thiệu trên đây thì có thể sử dụng giải pháp chia ô nhỏ, thường được gọi là sàn ô cờ Sàn ô cờ là loại sàn thích hợp với trường hợp nhịp lớn và tải trọng lớn Một giải pháp khác cũng đã được dùng trong trường hợp sàn có nhịp quá lớn, đó là

bố trí các dầm khung bản rộng theo một phương, theo phương kia bố trí các dầm nhỏ đặt gần nhau Các dầm khung bản rộng đóng vai trò các dầm chính, các dầm nhỏ là dầm phụ tựa lên các dầm chính Hệ thống dầm chính và dầm phụ được tạo ứng lực trước để giảm bớt độ cao, còn bản sàn do các dầm phụ được bố trí dày nên chỉ cần có chiều dày nhỏ, có thể là bản sàn bê tông ứng lực trước căng sau, hoặc bê tông cốt thép thông thường

III KHÁI QUÁT CHUNGVỀ THIẾT KẾ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC CĂNG SAU

1.Tổng quan

Ứng suất trước kéo sau là một phương pháp gia cường bê tông hoặc các vật liệu khác với những sợi thép cường độ cao, thường gọi là các gân (tendon) Việc ứng dụng ứng suất trước được áp dụng vào nhiều công trình khác nhau cả dân dụng và cầu đường Trong nhiều trường hợp, ứng suất trước kéo sau cho phép xây dựng các công trình mà nếu như dùng các cách khác không thể đạt được vì hoặc những

sự ràng buộc vị trí hoặc những yêu cầu kiến trúc

Mặc dù hệ thống ứng suất trước kéo sau yêu cầu kiến thức và sự thành thạo chuyên dụng lắp dựng, nhưng khái niệm thì lại dễ để giải thích Tưởng tượng có một loạt các khối làm bằng gỗ với những lỗ khoan xuyên qua chúng, trong lỗ đó một băng cao su được luồn qua Nếu như giữ những đầu mút của băng cao su, thì những khối gỗ sẽ lún xuống ứng suất trước kéo sau có thể được thể hiện bởi việc síêt các dây cao su để các khối ép vào nhau và thẳng lại Việc siết chặt băng cao su

có thể so sánh với cốt thép(gân -tendon) ứng suất trước kéo sau được kéo căng bởi những kích thủy lực và được giữ ở trong đặt bởi những thiết bị neo dạng nêm

2.Những lợi ích

Để hoàn toàn đánh giá những lợi ích của ứng suất trước kéo sau, cần phải sử dụng một ít kiến thức về bê tông Bê tông chịu nén rất khoẻ nhưng chịu kéo rất kém,

và sẽ nứt khi có các lực kéo Trong các công trình xây dựng thông thường, nếu một tải trọng như những ô tô trong một ga ra đỗ xe đặt lên một sàn hoặc hệ dầm thì chúng sẽ có khuynh hướng võng hoặc vồng lên Thậm chí một sự gia tải thông thường sẽ đủ gây ra rạn nứt Các thanh thép gia cường thường được đặt vào trong

bê tông để hạn chế vết nứt, các thanh thép dạng này được gọi là các thanh thép "bị động", tuy nhiên, nó không hề chịu lực cho đến khi bê tông bắt đầu võng đủ mức gây ra nứt

Những cốt thép ứng lực trước , mặt khác, được xem như là “chủ động” vì nó được kéo trước, cốt thép có hiệu quả gia cường dù bê tông có thể không bị nứt đi nữa Những kết cấu ứng lực trước có thể được thiết kế để có sự làm cực tiểu hoá võng và nứt, thậm chí ngay cả khi chất đầy tải trọng

3 Những lợi thế và ứng dụng

Các ứng dụng của ứng suất trước kéo sau có trong gần như tất cả các khia cạnh của xây dựng Trong các công trình xây dựng, ứng suất trước kéo sau cho phép xây dựng các nhịp dài hơn, bản mỏng hơn với ít dầm hơn Bản có chiều dài mỏng hơn

sẽ tốn ít Bê tông hơn Ngoài ra phải nó có nghĩa là công trình sẽ giảm chiều cao xây dựng cho cùng chiều cao tầng nhà Như vây ứng suất trước có thể cho phép giảm đáng kể trọng lượng công trình so với các công trình be tông cốt thép thông thường với cùng số tầng nhà Điều này giảm bớt tải trọng xuống móng và rất có lợi trong các vùng có động đất lớn Một công trình thấp hơn có thể dẫn tới tiết kiệm các hệ thống cơ khí kỹ thuật Lợi ích nữa của ứng suất trước là dầm và sàn có thể liên tục, một dầm có thể chạy từ đầu này đất dầu kia của tòa nhà Về mặt kết cấu, điều này hiệu quả hơn nhiều so với một dầm chỉ chạy từ cột này đến cột kia

Ứng suất trước được lựa chọn cho những kết cấu để đỗ xe vì chúng cho phép bố trí tính linh hoạt các cột và xây những cấu hình dốc thoai thoải Kết cấu đỗ xe ứng suất trước có thể là hoặc những kết cấu đỗ xe đơn thuần hoặc có một hay nhiều tầng là văn phòng hoặc nhà ở Trong những vùng nơi có đất sét trương nở hoặc đất

có sức chịu tải kém, sàn trên nền ứng suất trước và móng bè sẽ giảm các vấn đề về nứt và độ lún lệch ứng suất trước còn cho phép những cây cầu xây dựng theo các yêu cầu hình về hình học , kể cả những đường cong phức tạp, có độ cao và độ dốc thay đổi.ứng suất trước còn cho phép các nhịp cầu cực lớn được xây dựng mà không cần sử dụng các gối đỡ trung gian Điều

này làm giảm tối thiểu các tác động môi trường và

tránh đánh rơi vật liệu và nước xuống dưới đường

đi ở phía dưới Trong các sân vận động, ứng suất

trước cho phép các kiến trúc nhịp lớn rất sáng tạo

Các neo ứng suất trước trong đất và đá được sử

dụng trong các hầm và ổn định mái dốc ứng suất

trước còn có thể sử dụng trong các bể chứa để

tránh nứt

4.Các thuật ngữ

Một " gân " ứng suất trước được định nghĩa là một bộ lắp ghép đầy đủ gồm có

neo , các sợi ứng suất trước(prestressing strand) hay các thanh ứng suất trước(bar), ống bọc ngoài(duct), mỡ bôi trơn(grease) bao quanh các thanh thép ứng suất trước

Có 2 kiểu chính ứng suất căng sau: kết dính (có ma sát), không kết dính (không có ma sát)

Một gân không kết dính là cốt thép ứng suất trước không được kết dính với bê tông ngoại trừ tại các neo Một gân của một bó đơn monostrand gồm bảy sợi mà được bôi trơn với mỡ và được bọc bởi vỏ bảo vệ nhựa Neo gồm có một vỏ bằng sắt

và một hình nón, cái nêm 2 mảnh gắn chặt lấy các sợi

Trong những hệ kết dính, các ống được nhúng vào trong bê tông Các sợi được kéo với một kích thuỷ lực lớn nhiều sợi kéo và neo trong một thiết bị neo chung Sau đó, ống được làm đầy một vữa lỏng trong kẽ hở ở bảo vệ sự ăn mòn cho các sợi

và liên kết gân với bê tông xung quanh ống Hệ kết dính thường được sử dụng nhiều trong cầu, đường Trong kết cấu nhà cửa, chỉ được sử dụng trong các dầm chịu tải trọng rất nặng

5.Các phần tử quan trọng

Có một vài phần tử quan trọng trong một hệ kéo ứng suất trước Trong các kết cấu không kết dính, vỏ nhựa đóng vai trò như sự ngăn cách giữa bê tông và các sợi ứng suất trước Nó cũng bảo vệ sự phá hoại gây ra bởi thi công cũng như sự ăn mòn hoá học xảy ra đối với các bó thép Vật liệu lớp bọc ngoài của bó sợi giảm ma sát giữa các bó và các ống đồng thời bảo vệ cho khỏi bị ăn mòn Các neo cũng là một phần tử quan trọng nữa, đặc biệt là trong các hệ không kết dính Sau khi bê tông đông cứng đạt đủ cường độ, các nêm được chèn vào bên trong các vỏ neo(anchor casing) và các sợi thép được kéo ứng suất Khi kích nhả các sợi thép ra, các sợi thép

co lại một chút và kéo các nêm vào neo Chính điều này tạo ra sự khoá chặt trong các sợi thép Như vậy, nêm luôn giữ lực tác dụng vào các gân và truyền vào bê tông xung quanh Trong các môi trường ăn mòn, neo và các đuôi thép trần thường được bọc bằng các mũ phủ để tăng sự bảo vệ

6.Quá trình thi công

Trong các công trình xây dựng nhà cửa và bản trên nền đất, các gân không kết dính thường được làm sẵn tại nhà máy và đem tới công trường để lắp đặt Các gân được đặt theo bản vẽ về khoảng cách, và mặt cắt (profile) và chỗ nào chúng được kéo ứng suất Sau khi bê tông được đổ xong và đảm bảo cường độ khoảng 3000 đến

3500 psi(pound per square inch) các gân được kéo và neo lại Các gân, giống như các băng cao su, muốn trở về độ dài ban đầu, nhưng bị ngăn lại bởi các neo Trên thực tế, các gân sẽ giữ nguyên ứng suất và gây ra các lực nén tác động vào bê tông Lực nén do kéo trước sẽ chống lại các lực kéo sinh ra do tải trong ngoài tác động vào(ô tô, người, trọng lượng của dầm) điều này sẽ làm tăng đáng kể khả năng chịu tải của bê tông Vì bê tông ứng lực trước kéo sau được đổ tại chỗ tại công trường, cho nên không có giới hạn về hình dáng có thể được tạo ra Các vòm cong, và các bản có các cạnh phức tạp vẫn thường có thể thi công được

Kết cấu sàn bản phẳng bê tông ứng lực trước căng sau được sử dụng hiệu quả cho trường hợp sàn có nhịp trung bình (6,5m – 9 m), nhưng cũng có thể sử dụng cho trường hợp nhịp lớn hơn

Trong thực tế kết cấu sàn bê tông ứng lực trước căng sau thường có hai loại: có bám dính và không bám dính, thường gọi là công nghệ có bám dính và công nghệ không bám dính Công nghệ có bám dính tức là sau khi kéo căng cốt thép tạo ứng lực trước thì tiến hành bơm vữa vào ống đặt cốt thép kéo căng để tạo ra sự liên kết giữa cốt thép kéo căng và bê tông sàn Công nghệ không bám dính tức là sau khi kéo căng, cốt thép căng chỉ được neo giữ bằng hệ thống neo mà không có sự liên kết với bê tông sàn bằng vữa như trong trường hợp có bám dính

Kết cấu sàn bê tông ứng lực trước căng sau không bám dính thường sử dụng các thanh cốt thép kéo căng dạng đơn Các thanh cốt thép kéo căng này có thể được cách ly với bê tông bằng cách đặt vào trong các ống có chất chống bám dính, nhưng cũng có thể sử dụng loại cốt thép có vỏ bọc và chất bôi trơn được chế tạo sẵn Hiện nay loại cốt thép dạng xoắn có vỏ bọc và chất bôi trơn – chống ăn mòn đang được

sử dụng phổ biến So với công nghệ có bám dính thì công nghệ không bám dính có

ưu điểm là phát huy được tối đa độ lệch tâm của cốt thép căng, cốt thép căng được phủ lớp chống ăn mòn vĩnh cửu, dễ thi công và thi công nhanh, giảm tổn hao do ma sát trong khi kéo căng, không cần công đoạn bơm vữa Nhược điểm của kết cấu không bám dính là khó phát huy đầy đủ khả năng làm việc của cốt thép căng khi chịu lực phá hoại và phải có biện pháp chống ăn mòn và chống cháy tốt Trường hợp sử dụng công nghệ căng sau không bám dính người thiết kế phải đề ra các biện pháp chống ăn mòn cho cốt thép kéo căng và các đầu neo

Trong sàn bê tông ứng lực trước căng sau có bám dính các thanh cốt thép kéo căng được bố trí thành từng bó và được đặt trong các ống thép hình ô-van, còn neo ứng lực trước cho công nghệ này là loại neo dẹt Sử dụng ống đặt cốt thép kéo căng hình ô-van và neo ứng lực trước dạng dẹt là biện pháp để sử dụng khả năng tối đa chiều cao hiệu quả của cốt thép kéo căng So với công nghệ không bám dính thì công nghệ có bám dính có ưu điểm là phát huy được cao hơn khả năng làm việc của cốt thép kéo căng khi chịu uốn cực hạn, hạn chế được ảnh hưởng do hư hỏng cục bộ các cốt thép kéo căng, thích hợp cho các công trình có yêu cầu chống động đất và chống cháy cao

Phương pháp thiết kế sàn bản phẳng được giới thiệu trong tài liệu này phù hợp với Tiêu chuẩn ACI 318-2005

PHẦN B: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TỔN HAO ỨNG SUẤT

I Tổng quan về tổn hao ứng suất

Theo tiêu chuẩn ACI 318-2005 tổn hao ứng suất trong quá trình căng cáp ứng lực thường có các dạng tổn hao sau:

- Tổn hao ứng suất do biến dạng đàn hồi của bêtông (Elastic shortening of concrete :ES)

- Tổn hao ứng suất do chùng ứng suất (Relaxation of tendons :R)

- Tổn hao ứng suất do từ biến của bêtông (Creep of concrete :CR)

- Tổn hao ứng suất do co ngót của bêtông (Shrinkage of concrete:SH)

- Tổn hao ứng suất do ma sát (friction losses :F)

- Tổn hao ứng suất do tụt neo (Anchorage seating loss :A)

Tổng ứng suất tổn hao :f pT f pES f pR f pCR f pSH f pF f pA

II Tổn hao do biến dạng đàn hồi của bêtông

Khi kéo 1 bó sợi ứng lực trước sẽ gây ra ứng lực nén trong bêtông do đó sẽ làm giảm chiều dài cấu kiện Độ giảm chiều dài và sự tác dụng của ứng suất xảy ra đồng thời và không có lực tổn hao trong các bó sợi riêng biệt trước và sau khi kéo Lực nén trong bó sợi bằng với lực nén trong bêtông.Khi một bó sợi thứ 2 được kéo ,biến dạng đàn hồi gây bởi bó đó làm giảm lực trong bó thứ nhất

Trong phương pháp căng sau ,giá trị tổn hao ứng suất do biến dạng đàn hồi bằng không nếu tất cả các sợi cáp được kéo căng cùng lúc và bằng ½ giá trị tính toán của tổn hao ứng suất do biến dạng đàn hồi trong phương pháp căng trước nếu một số các sợi được liên tiếp kéo căng và cả trong trường hợp kéo căng hai sợi cùng lúc

Trong đó j là số thanh căng cùng lúc

Giá trị tồn hao ứng suất do biến dạng đàn hồi của bêtông trong phương pháp căng trước :

Pi Pi

Hình :Biến dạng đàn hồi của bêtông

Theo định luật Hooke ,biến dạng dọc trục của một đơn vị chiều dài cấu kiện bêtông:

c c

i c

c ES

E A

P E

 P i:Lực nén trong thanh căng sau khi khóa neo

 A c :Diện tích tiết diện ngang của bêtông

 E c :Module đàn hồi của bêtông (E c  4700 f c'(MPa)) hoặc có thể lấy theo bảng tra

Ứng suất tổn hao do biến dạng đàn hồi :

cs c

i c

c

i S ES s

A

P n E A

P E E

 E s:Module đàn hồi của cốt thép

 f cs:Ứng suất trong bêtông tại trọng tâm của thanh căng do ứng suất trước :

c D c

i cs

I

e M r

e A

M D 

- I c:Momen quán tính của tiết diện

III.Tổn hao do hiện tượng chùng ứng suất trong cốt thép ứng suất trước

Công thức tính toán tổn hao ứng suất do chùng ứng suất :

pR

f

f t t

f f

 f py:Giới hạn đàn hồi qui ước (ứng với độ dãn dài 1%)

Ngoài ra tổn hao ứng suất do chùng ứng suất trong cốt thép ứng suất trước còn được xác định theo công thức :

Bảng tra các giá trị của K re và J

(Mpa)

J

Cốt thép dạng xoắn hoặc sợi (270) độ chùng cấp1,

) (

1620 MPa

f pu 

121 0.13

Cốt thép dạng xoắn (270) độ chùng cấp2, f pu 1862 MPa( ) 34 0.04 Cốt thép dạng sợi (250) độ chùng cấp2, f pu 1724 MPa( ) 32 0.037 Cốt thép dạng sợi (240);(235) độ chùng cấp 2, f pu 1655 MPa( );

) (

IV.Tổn hao ứng suất do từ biến của bêtông

Công thức dùng để xác định tổn hao ứng suất do từ biến của bêtông :

.

c

s CR

E

E K f

Trong đó :

 K CR  1 6 :Đối vớicấu kiện căng sau

K CR  2 :Đối vớicấu kiện căng trước

I

e M

 E ; s E c:Module đàn hồi của cốt thép ứng lực và module đàn hồi của bêtông

V.Tổn hao ứng suất do co ngót của bêtông

Tổn hao ứng suất do co ngót của bêtông được xác định theo công thức :

S

V E

K x

 E s: Module đàn hồi của cốt thép ứng lực (Mpa)

 V S: Tỷ số Thể tích bêtông / Diện tích bề mặt của bêtông Thông thường trong tính toán người ta thường dùng tỉ số giữa tổng diện tích tiết diện bêtông với chu vi tiết diện

 RH :Độ ẩm tương đối (%)

 K SH:Hệ số phụ thuộc vào thời gian Thông thường đối với cấu kiện căng trước

-K SH=1.0 khi sử dụng phương pháp căng trước

-K SH:Khi sử dụng phương pháp căng sau thì nó được xác định dựa vào bảng tra sau

VI Tổn hao ứng suất do ma sát

- Một phần của lực căng bị mất mát do ma sát tiếp xúc giữa các bó sợi và ma sát giữa ống bọc ngoài đối với các bó sợi không bám dính và ma sát giữa vữa đối với các bó sợi bám dính Độ cong cũng làm tăng ma sát gây nên ngoài các yếu tố ma sát trên còn có ma sát do độ cong

- Công thức xác định tổn hao ứng suất do ma sát :

A

P

f  :Ứng suất trong thanh căng sau khi khóa neo

-P i :Lực nén trong thanh căng

-A ps:Diện tích cốt thép kéo căng

x

y m

 L:Chiều dài cấu kiện (m)

 K; :Là các hệ số được xác định dựa vào bảng tra sau

Thanh căng trong ống kim loại mềm bọc

0.15-0.25 0.15-0.25 0.08-0.3

Thanh căng trong ống thép cứng

VII.Tổn hao ứng suất do tụt neo

Thông thường giá trị tụt neo được lấy theo giá trị đã cho trong cataloge của cáp và

bộ phận neo

PHẦN C: TÍNH TOÁN

II.1 TẢI TRỌNG VÀ GIẢ THIẾT TIẾT DIỆN

II.1.1 GIẢ THIẾT TIẾT DIỆN SÀN

Nhịp lớn nhất của sàn là L = 13100 (mm)

45

13100 45

Ta chọn lại chiều dày sàn là h = 300 (mm)

II.1.2 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN SÀN

II.1.2.1 Tĩnh tải

I.1.2.1.1 Trọng lượng bản sàn

i i i

g  . .

Bảng 2.01 Các lớp cấu tạo sàn

STT Các lớp cấu tạo

sàn

Bề dày (m)

Trọng lượng riêng (kN/m3) gtc (kN/m2)

Hệ số vượt tải (n)

gtt(kN/m2)

II.1.2.1.2 Các tải trọng thường xuyên khác

II.1.2.2 Hoạt tải

Bảng 2.02 Các loại hoạt tải sử dụng

Mục đích sử dụng Hoạt tải

qtc(kN/m2) n Hoạt tải q

tt(kN/m2)

II.1.3 GIẢ THIẾT TIẾT DIỆN CỘT

Chọn tiết diện cột không thay đổi suốt chiều cao công trình từ tầng 1 đến tầng 18 Trên một mặt bằng, các cột có kích thước tiết diện như nhau

Chọn cột có diện truyền tải lớn nhất tại trục A-2 để tính toán

155

2093051

* ) 5 1 2 1 (

* ) 5 1 2 1



n b

II.2 TÍNH TOÁN ỨNG LỰC TRƯỚC CHO SÀN

II.2.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ỨNG LỰC TRƯỚC

+ Đường kính cáp : Dcáp= 15.2 (mm) + Diện tích tiết diện cáp : A ps= 140 (mm2) + Giới hạn bền của cáp : f pu= 1860 (MPa) + Giới hạn chảy của cáp : f py= 1670 (MPa) + Modul biến dạng đàn hồi : E ps= 1.95 x 105 (MPa)

+ Cáp có tổn hao do chùng ứng suất sau 100 giờ là 3.5%

+ Các thông số để thiết kế tổn hao do ma sát của cáp là :

15 0

Hình 2.01 Mặt bằng kết cấu sàn tầng 4 đến 7

Hình 2.02 Mặt bằng chia dải khung tương đương theo trục 1-4

Hình 2.03 Mặt bằng chia dải khung tương đương theo trục A-D

II.2.2 TÍNH TOÁN ỨNG LỰC TRƯỚC CHO TRỤC A

Các thông số ban đầu :

- Khung tương đương bao gồm 3 nhịp :

L11 = 13.1 (m), L12 = 12.4 (m), L13 = 13.1(m)

L2 = 7.575 (m)

Hình 2.04 Khung tương đương trục A

- Tĩnh tải của các lớp hoàn thiện sàn :

W = 2.4 (kN/m2)

II.2.2.1 Tính toán bề dày sàn

Theo ACI 318-05 18.12.3, đối với sàn ứng suất trước 2 phương, tỷ số chiều dài / chiều dày được lấy điển hình bằng 45 xuất phát từ điều kiện kinh tế và thỏa mãn các qui định thi công cấu trúc

291 0 45

1 13 45

D

W = 9.32 (kN/m2) + Hoạt tải tiêu chuẩn: tc

L

W = 2 (kN/m2) + Hoạt tải tính toán : tt

D

W + tt

L

W = 9.32 + 2.4 = 11.72 (kN/m2)

II.2.2.3 Tổn hao ứng suất

Theo ACI 318-2005, tổn hao ứng suất trong quá trình căng cáp ứng lực thường

có các dạng tổn hao sau :

+ Tổn hao ứng suất do biến dạng đàn hồi của Bê tông

+ Tổn hao ứng suất do chùng ứng suất

+ Tổn hao ứng suất do từ biến của Bê tông

+ Tổn hao ứng suất do co ngót của Bê tông

+ Tổn hao ứng suất do ma sát

+ Tổn hao ứng suất do tụt neo

Theo ACI-ASCE 423 năm 1958 đề xuất cách tính tổng quát tổn hao ứng suất gồm biến dạng đàn hồi, từ biến, co ngót và chùng ứng suất (nhưng không bao gồm ma sát và trượt cho căng sau) Những giá trị này trở nên được chấp nhận rộng rãi và có cả trong tiêu chuẩn ACI năm 1963 cũng như tiêu chuẩn AASHTO cho cầu đường bộ cho đến năm 1975 Sử dụng tổn hao ứng suất tổng quát quát như trên được đề xuất chỉ cho các trường hợp đặc biệt không cần tính chính xác hơn cho các dạng tổn hao Kinh nghiệm cho thấy những ước tính trọn gói đó cho nhiều trường hợp hoàn toàn được thỏa mãn, nhưng người ta nhận ra một vài trường hợp cần tính chính xác hơn nữa cho tổn hao ứng suất

Với đặc tính trung bình của Bê tông và thép, các giá trị tham khảo về thông số cáp của nhà sản xuất, theo quy định tỉ lệ phần trăm có thể được lấy như đại diện cho tổn hao trung bình sau:

+ Tổn hao ứng suất do biến dạng đàn hồi của Bê tông: 1%

+ Tổn hao ứng suất do chùng ứng suất : 8% + Tổn hao ứng suất do từ biến của Bê tông : 5%

+ Tổn hao ứng suất do co ngót của Bê tông : 6%

Tổng tổn hao ứng suất là 20% Hệ số tổn hao là 0.8

II.2.2.4 Tải trọng cân bằng và chọn cáp

Hình 2.05 Profile của cáp ứng lực

- Tải trọng cân bằng sơ bộ :

0 '

W k

2 3 , 1

8

' '

a

L W

18 0 8

1 13

575 7 04 715 '

e ps

A f

L F n

Chọn 30 cáp thép đường kính 15.24 (mm)/dải 7.575 (m)

- Lực kéo ứng suất trước thực tế :

9 721 575

7

10 140 10 1302

- Giá trị ứng suất trung bình :

2406 3

0 1

9 721

F

Kiểm tra điều kiện : 0 9  f pc  2 406 (MPa)  2 f c'  10 6 (MPa) thỏa

- Tải trọng cân bằng thực tế trong nhịp 1,3 :

06 6 1

13

18 0 9 721 8 8

2 2

3 , 1

3 , 1

- Sử dụng W bal thực tế trong nhịp 1, 3 để tính toán cho nhịp 2 :

+ Độ võng trong nhịp 2 :

16 0 9 721 8

4 12 06 6 8

2 2

+ Chiều dày lớp Bê tông bảo vệ tại giữa nhịp 2 :

abv = 0.3 – 0.03 – 0.16 = 0.11 (m) + Tải trọng cân bằng thực tế trong nhịp 2 :

6 4

12

16 0 9 721 8 8

2 2

II.2.2.5 Xác định đặc trưng của khung tương đương (ACI 318-05 13.7)

II.2.2.5.1 Độ cứng của cột : (ACI 318-05 13.7.4)

Toàn bộ cột của công trình đều có tiết diện như nhau (1400

x 1400) mm

- Độ cứng chống uốn :

h H

 Chiều cao cột từ tim đến tim H = 3.6 (m)

 Chiều dày sàn h = 0.3 (m)

 Mômen quán tính của cột   

12

4 1 4

32 0 4

4 1 3 0 4 1

3 0 63 0 1 3 63 0 1 3 63 0 1

3 1

x y

4 1 1 575 7

01 0 9

K

1 1

1

( [3] 9.3.4)

t c

t c

K K

K K

E 0.044 Ec

0.853

E 0.044 Ec

II.2.2.5.2 Tính toán tiết diện khung tương đương

- Gọi cạnh của cột là C  Mômen quán tính : I =

Tiết diện dầm : (7.575  0.3) m

II.2.2.6 Kiểm tra khả năng chịu lực của sàn

II.2.2.6.1 Sau khi căng cáp

Sau khi căng cáp, cáp bắt đầu chịu tổn hao ứng suất tức thời gồm : tổn hao ứng suất do ma sát và tổn hao ứng suất do trượt neo Nhưng vì ta không kể đến

2 tổn hao ứng suất trên nên tổng tổn hao ứng suất 20% chỉ còn là tổn hao ứng suất dài hạn

Tải trọng lên sàn bao gồm: trọng lượng bản thân sàn bê tông cốt thép, chưa

kể các lớp hoàn thiện sàn và tải trọng cân bằng (chưa có tổn hao ứng suất lâu dài)

Tải trọng gây uốn :

- Nhịp 1 ; 3 : W net W tc W bal  ( 7 5  6 06 )  7 575  10 9(kN/m)

- Nhịp 2 : W net W tcW bal  ( 7 5  6 )  7 575  11 36(kN/m) Dùng phần mểm Sap V9.0.3 để giải khung tương đương với tiết diện cột dầm và Wnet đã tính toán ở trên Kết quả tính toán được được thể hiện trong bảng sau:

TABLE: Element Forces - Frames

Sử dụng nội lực lớn nhất trong nhịp 1 để kiểm tra: (nén âm, kéo dương)

- Ứng suất trong bê tông :

W

M A

0

8385 134 273

2

39 5468

0

3295 84 273 2

39 5468

0

1398 164 273

2

39 5468

+ Ứng suất kéo tại gối : [ ] = 0.5 f ' ci = 0.5 0  8 28= 2.36 (MPa)

+ Ứng suất kéo tại những vị trí khác:

[ ] = 0.25 f ' ci = 0.25 0  8 28= 1.18 (MPa)

 Sàn không bị nứt sau khi căng cáp

II.2.2.6.2 Giai đoạn sử dụng

Trong giai đoạn sử dụng, cáp bắt đầu xuất hiện các tổn hao dài hạn như: tổn

hao do biến dạng đàn hồi của bê tông, chùng ứng suất, từ biến của bê tông, co

ngót bê tông Lúc này, tải trọng cân bằng phải kể đến các tổn hao ứng suất

trên Tính toán tải trọng cân bằng khi kể đến tổn hao ứng suất :

- Ứng suất trước hiệu quả trong cáp thép kéo căng :

1302 8 0 8

7

10 140 10 6 1041

- Giá trị ứng suất trung bình :

1925 3

0 1

5 577

F

Kiểm tra điều kiện : 0 9  f pc  1 925 (MPa)  2 f c'  10 6 (MPa) thỏa

- Tải trọng cân bằng thực tế trong nhịp 1,3 :

85 4 1

13

18 0 5 577 8 8

2 2

3 , 1

3 , 1

- Tải trọng cân bằng thực tế trong nhịp 2 :

81 4 4

12

16 0 5 577 8 8

2 2

Tải trọng lên sàn bao gồm : tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng cân bằng (kể đến tổn

hao ứng suất lâu dài)

Tải trọng gây uốn :

- Nhịp 1 ; 3 : W net W tcW bal= (10.38 – 4.85) 7.575 = 41.9 (kN/m)

- Nhịp 2 : W net W tc W bal= (10.38 – 4.81) 7.575 = 45.6 (kN/m) Dùng phần mểm Sap V9.0.3 để giải khung tương đương với tiết diện cột

dầm và Wnet đã tính toán ở trên Kết quả tính toán được được thể hiện trong

bảng sau:

Sử dụng nội lực lớn nhất trong nhịp 1 để kiểm tra:

- Ứng suất trong bê tông :

W

M A

928 516 273

2

56 4374

2735 323 273

2

56 4374

1398 634 273

2

56 4374

 maxkeo  3 638 (MPa)  []  2 65 (MPa) Vì vậy ta bố trí thêm thép thường

để sàn không bị nứt do bê tông chịu ứng suất lớn hơn ứng suất cho phép

II.2.2.6 Bố trí thép thường(ACI 318-05 18.9)

- Theo ACI 318-05 18.9.3.3, diện tích tiết diện cốt thép tối thiểu tại đầu cột, nằm lớp trên sàn theo mỗi phương được xác định theo công thức sau :

As = 0.00075hL = 0.000753007575 = 1704.375 (mm2)

- Sử dụng 12 cây 14 bố trí trong khoảng :

C + 2*1.5*h = 1400 + 2*1.5*300 = 2300 (mm)

 Vậy ta bố trí 12 14 a200 cho cả 2 phương quanh đầu cột

- Tại giữa nhịp thép thường lấy theo cấu tạo : 12 a400

II.2.2.7 Kiểm tra điều kiện chục thủng

Chiều dày sàn h = 300 (mm)  ho = 300 – 20 = 280 (mm)

Bê tông B25  Rbt = 1.05 (Mpa) Điều kiện chọc thủng :

1843380 280

6720 05 1

II.2.2.8 Tọa độ bố trí cáp ứng trước trục A

* Nhịp biên :

e1 = e2 = 0.3 – 0.03 = 0.27 (m) Điểm 1 : (0; 0.15)