ĐỀ tài TRUNG tâm văn hóa, THƯƠNG mại, DỊCH vụ và CHUNG cư CAO cấp hà nội

CÁC YÊU CẦU VỀ MẶT KẾT CẤU Trong thiết kế nhà cao tầng, cần phải phối hợp được 3 điều kiện: - Tải trọng đứng gồm có: Trọng lượng bản thân và hoạt tải sử dụng.. TẢI TRỌNG Việc xác định ch

MỤC LỤC

PHẦN 1: KIẾN TRÚC Chương mở đầu

Trang A: Giới thiệu công trình……… 1

I Khu vực và địa điểm xây dựng……… … 2

II Quy mô và đặc điểm công trình……… 3

B: Giải pháp kiến trúc và kỹ thuật cho công trình……… 3

I Giải pháp kiến trúc……….3

II Các giải pháp về kỹ thuật……….4

PHẦN 2: KẾT CẤU Chương 1 Giới thiệu kết cấu nhà cao tầng hiện đại………6

1.1 Giới thiệu………6

1.2 Định nghĩa nhà cao tầng……….6

1.3 Các yêu cầu về mặt kết cấu………6

1.4 Tải trọng……… 7

1.5 Lựa chọn vật liệu………7

1.6 Tính đến toàn bộ thời gian sử dụng của công trình………7

1.6.1 Lựa chọn kiến trúc……….7

1.6.2 Lựa chọn và bố trí kết cấu……… …… 7

1.6.3 Tính toán kết cấu……… 8

1.6.4 Thi công nhà cao tầng………8

1.7 Hệ kết cấu chịu lực bê tông cốt thép và sơ đồ làm việc……… … 8

1.7.1 Cấu kiện chịu lực cơ bản……… …8

1.7.2 Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản của nhà nhiều tầng……… 8

1.7.3 Hệ hỗn hợp và sơ đồ làm việc của nhà nhiều tầng………8

Chương 2 Lựa chọn giải pháp kết cấu và Chọn lựa vật liệu sử dụng……… 10

2.1 Yêu cầu về kết cấu và đặc điểm công trình……… 10

2.2 Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu………10

2.2.1 Giải pháp hệ khung bên trong công trình………10

2.2.1.1 Hệ khung giằng (khung – vách)……… 10

2.2.1.2 Hệ vách cứng và lõi cứng……….11

2.2.1.3 Hệ khung – vách – lõi ……….11

2.2.2 Giải pháp kết cấu chắn giữ……… … 11

2.2.2.1 Cọc bản ép………11

2.2.2.2 Tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ…… ….11

2.2.2.3 Tường liên tục trong đất……… 12

2.2.3 Giải pháp kết cấu sàn……… 12

2.2.3.1 Sàn sườn toàn khối……… …12

2.2.3.2 Sàn ô cờ………12

2.2.3.3 Sàn không dầm ứng lực trước……… …… 12

2.2.3.4 Sàn Composite……… 13

2.2.3.5 Tấm panel lắp ghép……… … 13

2.2.4 Giải pháp lựa chọn……… 13

2.3 Phân tích lựa chọn vật liệu sử dụng……… 13

Chương 3 Lựa chọn kích thước sơ bộ……… … 15

3.1 Chọn vật liệu sử dụng……… 15

3.1.1 Bê tông……….15

3.1.2 Cốt thép………15

3.2 Chọn kích thước sơ bộ ô sàn……… ….15

3.2.1 Sàn các tầng với ô sàn điển hình……… 15

3.2.2 Sàn sảnh thang……….16

3.2.3 Sàn tầng hầm……… ………16

3.3 Chọn kích thước sơ bộ vách cứng……… …….16

3.3.1 Chọn kích thước vách theo TCVN 9386:2012……… ….16

3.3.2 Chọn kích thước vách theo giáo trình “kết cấu bê tông cốt thép”… 16

3.4 Chọn kích thước sơ bộ dầm……… 17

3.4.1 Chọn kích thước dầm theo kiến trúc………17

3.4.2 Chọn kích thước dầm theo TCVN 9386:2012……….18

3.5 Chọn kích thước tường tầng hầm……….18

Chương 4 Xác định tải trọng và nội lực……….19

4.1 Xác định tải trọng đứng tác dụng lên công trình……… 19

4.1.1 Tải trọng thường xuyên……… …19

4.1.1.1 Tải trọng bản thân……… 19

4.1.1.2 Trọng lượng các lớp trát kiến trúc bề mặt kết cấu……… 19

4.1.1.3 Trọng lượng tường……… 21

4.1.1.4 Bể nước mái………21

4.1.2 Áp lực đất lên tường chắn……… 22

4.1.2.1 Tải áp lực đất tĩnh……… 23

4.1.3 Hoạt tải đứng tác dụng lên công trình……… 25

4.1.3.1 Khi tính dầm chính, dầm phụ, bản sàn, cột tải trọng………… 25

4.1.3.2 Xác định các hoạt tải……… 26

4.2 Xác định tải trọng ngang tác dụng lên công trình……… 29

4.2.1 Tải trọng gió……… 30

4.2.1.1 Tải trọng gió tĩnh………30

4.2.1.2 Thành phần gió động……… 32

4.2.2 Tải trọng động đất……… 44

4.2.2.1 Cơ sở tính toán……….45

4.2.2.2 Tính toán tác động của động đất theo phương pháp phổ dùng KCW……… 45

4.2.2.3 Tính toán tác động của động đất theo phương pháp phổ … 49

4.3 Tổ hợp nội lực……… 70

4.4 Xác định biến dạng……… 71

4.4.1 Chuyển vị đỉnh mái……….71

4.4.2 Gia tốc đỉnh mái……… 71

4.4.3 Chuyển vị lệch tầng do tác động đất………72

4.5 Xác định nội lực hệ kết cấu……… 74

Chương 5 Tính toán sàn bê tông ứng lực trước……… … 75

5.1 Khái niêm chung về bê tông ứng lực trước……… 75

5.2 Các phương pháp ứng suất trước……… 76

5.2.1 Phương pháp căng trước ……….76

5.2.2 Phương pháp căng sau……….76

5.2.3 Một số công nghệ khác……… 77

5.2.3.1 Sử dụng xi măng nở ………77

5.2.3.2 Dùng kích ép ngoài để tạo ứng suất trước………77

5.3 Vậ liệu sử dụng cho bê tông ứng lực trước……… 77

5.3.1 Bê tông cường độ cao……….77

5.3.1.1 Ứng suất cho phép trong bê tông tiêu chuẩn ACI318-2002……78

5.3.1.2 Mô đun đàn hồi của bê tông………78

5.3.2 Thép cường độ cao……… 78

5.3.3 Các vật liệu khác……….79

5.3.3.1 Ống gen………79

5.3.3.2 Vữa phụt……… 80

5.4 Thiết bị sử dụng cho bê tông ứng trước……… ………80

5.4.1 Phương pháp căng trước……… 80

5.4.2 Phương pháp căng sau……….80

5.5 Tổn ha ứng suất……… 81

5.6 Tính toán sàn bê tông ứng lực trước cho tầng điển hình……… 82

5.6.1 Tài liệu thiết kế………82

5.6.2 Mặt bằng kết cấu tầng điển hình……….82

5.6.3 Phương pháp xác định nội lực……….83

5.6.4 Biện pháp căng ứng suất trước………83

5.7 Tính toán cụ thể……… 83

5.7.1 Tải trọng tác dụng lên sàn tầng 20……… 83

5.7.2 Chọn vật liệu……… 84

5.7.3 Xác đinh các tổn hao ứng suất………85

5.7.4 Tính thép ứng lực cho sàn……… 89

5.7.4.1 Tính toán thép ứng lực trước cho dải 23 trên gối trục Y3…… 89

5.7.42 Tính toán thép ứng lực trước cho dải giữa nhịp trục X2……… 95

Chương 6 Thiết kế sàn bê tông rỗng cho sàn tầng điển hình………103

6.1 Giới thiệu giải pháp thiết kế……… 103

6.2 Thông số kỹ thuật……….103

6.2.1 Cấu tạo ô sàn điển hình………103

6.2.2 Các thông số kỹ thuật……… 104

6.3 So sanh hiệu quả phương án sà rỗng ……….104

6.3.1 Hiệu quả giảm trọng lượng bê tông……… 105

6.3.2 Hiệu quả kinh tế……….105

6.3.3 Hiệu quả công tác thi công so sánh với các loại sàn khác………….106

6.3.4 Hiệu quả trong vận hành, khai thác và sử dụng của sàn rỗng… …107

6.4 Kết quả tính toán và kiểm tra sàn tầng điển hình……… 107

6.4.1 Mô hình hóa kết cấu sàn………107

6.4.2 Kết quả tính toán………108

6.4.3 Tính toán cốt thép sàn……….109

6.4.3.1 Chọn vật liệu………109

6.4.3.2 Tính thép cho sàn……….110

6.4.3.3 Tính toán và lựa chọn thép liên kết các tấm ………113

6.4.3.4 Tính toán độ võng của sàn………114

6.5.1 Kiểm tra khả năng xảy ra khe nứt………115

6.5.2 Tính độ cong ở giữa nhịp do td ngắn hạn của toàn bộ tải trọng… 115

6.5.3 Tính độ cong ở giữa nhịp do td ngăn hạn của tải trọng dài hạn… 116

6.5.4 Tính độ cong ở giữa nhịp do td dài hạn của tải trọng dài hạn…… 117

6.5.5 Độ cong toàn phần……….118

6.5.6 Tính độ võng của dải sàn ở tiết diện giữa nhịp ……….118

6.5.7 Tính bề rộng khe nứt acrc,lt do td ngắn hạn của toàn bộ tải trọng …118

6.5.8 Tính bề rộng khe nứt acrc,lt do td ngắn hạn của tải trọng dài hạn …118

6.5.9 Tính bề rộng khe nứt acrc,lt do td dài hạn của tải trọng dài hạn …118

6.6 Kết Luận……… 119

Chương 7 Thiết kế vách……….120

7.1 Giới thiệu chung……….120

7.1.1 Một số quy định đối với việc chọn và bố trí thép……… 120

7.1.2 Lý thuyết tính vách………122

7.1.2.1 Tổng quan về vách……… ……… 122

7.1.2.2 Lựa chọn phương pháp tính toán………122

7.1.2.3 Tính toán cố thép dọc cho vách phẳng……… 124

7.1.2.4 Tính toán cố thép ngang cho vách phằng……… 126

7.2 Tính toán và bố trí cốt thép cho vách ………127

7.3 Tính toán bố trí thép cho dầm liên kết tường kép……… ……… 131

Chương 8 Thiết kế cầu thang………133

8.1 Giới thiệu về kết cấu bản thang……….133

8.1.1 Tài liệu thiết kết………133

8.1.2 Vật liệu sử dụng………133

8.1.3 Bậc thang……… 133

8.1.4 Mặt bằng kết cấu thang bộ……….133

8.1.5 Sơ đồ tính……… 134

8.2 Lựa chọn tiết diện……… 134

8.2.1 Bản thang……… ….134

8.2.2 Bản chiếu nghỉ và chiếu tới……… ………134

8.2.3 Cốn thang……… 134

8.2.4 Dầm chiếu nghỉ và chiếu tới……… 135

8.3 Tải trọng……….135

8.3.1 Tĩnh tải……… 135

8.3.1.1 Bản thang………135

8.3.1.2 Sàn chiếu nghỉ và chiếu tới……… ………….136

8.3.1.3 Dầm các loại……… 136

8.3.2 Hoạt tải……… 136

8.4 Tính toán bản thang………136

8.4.1 Tính toán bản thang – BT1………136

8.4.1.1 Tải trọng tác dụng……… 136

8.4.1.2 Tính toán cốt thép……… 136

8.4.2 Tính toán bản chiếu nghỉ – BT3………137

8.4.2.1 Tải trọng tác dụng……… 136

8.4.2.2 Tính toán cốt thép……… 136

8.4.3 Tính toán cốn thang……… 139

8.4.3.1 Tải trọng tác dụng……… 139

8.4.3.2.Tính toán cốt thép………140

8.4.3.3 Tính toán cốt đai……….141

8.4.4 Tính toán dầm chiếu nghỉ – DCN……… 141

8.4.4.1 Tải trọng tác dụng……… …… 141

8.4.4.2 Tính toán cốt thép……… 142

8.4.4.3 Tính toán cốt đai……… 142

8.4.5 Tính toán dầm chiếu tới – DCT……….142

8.4.5.1 Tải trọng tác dụng……… 143

8.4.5.2 Tính toán cốt thép……… 143

8.4.4.3 Tính toán cốt đai……….144

Chương 9 Tính toán tầng cứng 9.1 Giới thiệu tầng cứng……… 145

9.2 Cơ chế làm việc của tầng cứng……… 145

9.3 Vị trí tầng cứng……… 146

9.3.1 Nhà cao tầng có 1 tầng cứng……….146

9.3.2 Nhà cao tầng có 2 tầng cứng……….147

9.4 Sự làm việc của nhà 2 tầng cứng……… 147

9.5 Sự làm việc của nhà nhiều tầng cứng………150

9.6 Tính toán tầng cứng cho nhà có 2 tầng cứng……….150

9.6.1 Mô hình hóa tầng cứng bằng phần mêm KCW 2010……… 150

9.6.2 Xuất nội lực ……… 157

9.6.3 Tính toán vách tầng cứng……… ……… 157

9.6.3.4 Tính toán vách tầng cứng tầng 6+1………157

9.6.3.5 Tính toán vách tầng cứng 26+1……… 158

9.7 So sánh trường hợp không có tầng cứng và có tầng cứng……… …… 160

9.7.1 Chuyển vị mái………160

9.7.2 Chu kỳ dao động của công trình……… …… 161

PHẦN 3: NỀN MÓNG Chương 10 Thiết kế nền móng công trình………162

10.1 Đánh giá đặc điểm công trình……… 162

10.1.1 Giải pháp kiến trúc……… 162

10.1.2 Giải pháp kết cấu……….162

10.2 Đánh giá điều kiện địa chất công trình……….162

10.2.1 Đặc điểm địa hình……… ………….162

10.2.2 Đặc điểm địa tầng………163

10.2.3 Địa chất thuỷ văn……….164

10.2.4 Kết quả thí nghiệm trong phòng……… 164

10.2.5 Đánh giá điều kiện địa chất công trình………167

10.3 Lựa chọn giải pháp nền móng……… 167

10.3.1 Loại nền móng……….167

10.3.2 Giải pháp mặt bằng móng………169

10.4 Thiết kế móng……… 170

10.4.1 Các giả thiết tính toán……… 170

10.4.2 Nội lực tính toán……… 170

10.4.3 Chọn vật liệu làm cọc và đài cọc……….170

10.4.4 Chọn và bố trí cốt thép cho cọc barrette 10……….171

10.4.5 Chọn và bố trí cốt thép cho cọc barrette 5……… 174

10.5 Thiết kế móng trục Y3-X10……….175

10.6 Thiết kế móng trục Y3-X1……… 182

Chương 11 Thiết kế tường tầng hầm………193

11.1 Giới thiệu tổng quan……… ……… 193

11.2 Công nghệ thi công tường trong đất ……… 193

11.3 Tổng quan thiết kế tường liên tục trong đất……….194

11.3.1 Lựa chọn sơ bộ kích thước tường………195

11.3.2 Kiểm tra sức chịu tải của nền dưới chân tường……… 195

11.3.3 Kiểm tra ổn định chống trồi của hố đào……… 197

11.3.4 Kiểm tra ổn định chống chảy thấm hố đào……… 198

11.4 Thiết kế tường trong đất……… 199

11.4.1 Sơ lược về phần mềm plaxis………200

11.4.2 Tính toán nội lực tường liên tục trong đất bằng plaxis………200

Tính toán thép……….210

PHẦN 4: THI CÔNG A GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH Chương 12 Đặc điểm công trình, điều kiện liên quan đến giải pháp thi công và công tác chuẩn bị………… ……….214

12.1 Giới thiệu công trình và các điều kiện liên quan đến giải pháp thi công.214 12.1.1 Giới thiệu công trình……… 214

12.1.2 Những điều kiện liên quan đến giải pháp thi công……….216

12.1.2.1 Giao thông……… 216

12.1.2.2 Tình hình địa phương ảnh đến xây dựng công trình…………216

12.2 Công tác chuẩn bị trước khi thi công công trình……… 217

12.2.1 Mặt bằng……….217

12.2.2 Giao thông……… 218

12.2.3 Cung cấp, bố trí hệ thống điện nước……… 218

12.2.4 Thoát nước mặt bằng công trình………218

12.2.5 Thoát nước ngầm công trình……… 218

12.2.6 Giác móng công trình………218

12.2.7 Xây dựng các công trình tạm………218

B BIỆN PHÁP KỸ THUẬT THI CÔNG Chương 13 Biện pháp kỹ thuật thi công cọc Barrette………….………….219

13.1 Quy trình công nghệ thi công cọc Barrett……… …………219

13.2 Các bước chuẩn bị chung cho việc thi công cọc ……….…….……….219

13.2.1 Tổ chức mặt bằng thi công……….…….……… 219

13.2.2 Thiết bị phục vụ thi công……… ….…………220

13.2.3 Kỹ thuật an toàn……….….….…….….227

13.3 Thi công cọc Barrette……….… …….……… 228

13.3.1 Định vị tim cọc……….………….……….228

13.3.2 Chuẩn bị hố đào……….……….…229

13.3.3 Đào đất và thi công cọc barrette……….……… 229

13.3.4 Hạ cột chống tạm………234

13.3.5 Lấp cát……….236

13.3.6 Kiểm tra chất lượng bê tông cọc barrette………236

13.3.7 Số lượng công nhân thi công cọc trong một ca……… 243

13.3.8 Thời gian thi công một cọc barets……… 243

13.3.9 Công tác phá bê tông đầu cọc……… 243

13.3.10 Công tác vận chuyển đất khi thi công cọc barrette……… 245

Chương 14 Lập biện pháp kỹ thuật thi công tầng hầm ……….247

14.1 Tổng quát lựa chọn phương án………247

14.1.1 Với công nghệ TOP - DOWN……… …… 247

14.1.2 Với công nghệ thi công đào hở……….……… 247

14.2 Thi công TOP – DOWN……… 248

14.3 Thiết kế cột chống tạm………242

14.4 Phương án thi công các tầng hầm theo công nghẹ Top – Down……….256

C TỔ CHỨC THI CÔNG

Chương 15 Tổ chức thi công phần ngầm……….……….294

15.1 Cở sở để lập tổng mặt bằng thi công………294

15.2 Các nguyên tắc cơ bản khi thiết tổng mặt bằng thi công……… 294 15.3 Tính toán lập tổng mặt bằng thi công……… 294

15.4 Nước thi công và sinh hoạt……… 304

15.5 Đường tam cho công trường………306

D AN TOÀN LAO ĐỘNG……… 311

PHẦN 1: KIẾN TRÚC CHƯƠNG MỞ ĐẦU A.GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH.

- Tên công trình: Tòa nhà trung tâm văn hóa, thương mại, dịch vụ và chung cư cao cấp

Hà Nội

- Chủ đầu tư : Công ty cổ phần đầu tư INDEVCO

I Khu vực và địa điểm xây dựng

“Tòa nhà trung tâm văn hóa, thương mại, dịch vụ và chung cư cao cấp Hà Nội” củacông ty cổ phần đầu tư INDEVCO được xậy dựng tại 105 Chu Văn An – Hà Đông –

Hà Nội Hiện nay chính là khu đất của rạp chiếu phim Hà Đông

§ia ®iÓm x©y dùng

Mặt bằng tông thể công trình và ví trí khu đất xây dựng

Phối cảnh công trình

II Quy mụ và đặc điểm cụng trỡnh.

Công trình được xây dựng trên khu đất có diện tích 5985 m2 Trong đó:

- Diên tích cây xanh là 1008,4 m2

- Diên tích giao thông là 2102,6 m2

là 67x45m, tầng điển hình là 45x45m Chiều cao tầng điển hình là 3,5m Công năng sửdụng của các tầng như sau:

Tầng kỹ thuật 33+2 Kỹ thuật thang máy – bồn nước 3,3m

Tầng mái Sân đỗ trực thăng 1,2m

- Các tầng chủ yếu sử dụng tường gạch rỗng chiều dày 220mm kết hợp vách ngăn

- Xung quanh nhà sử dụng tường gạch kết hợp vách kính

- Sàn các tầng sử dụng vữa gạch và gạch lát thông thường Riêng tầng thượng,mái thang sử dụng chống nóng bằng gạch rỗng xây cầu

- Một số tầng có trần giả thạch cao

II Các giải pháp về kỹ thuật

1.Giải pháp thông gió chiếu sang

Được thiết kế theo tiêu chuẩn chiếu sang nhân tạo trong công trình dân dụng(TCXD 333-2005) Do tòa nhà được thiết kế rất nhiều của sổ kính xung quanh nên ánhsang tự nhiên được chiếu vào tất cả các văn phòng Hệ thông thông gió của văn phòngđược thiết kế nhân tạo bằng hệ thống điều hòa trung tâm tại các tầng kỹ thuật

2 Giải pháp giao thông

Giao thông theo phương đứng: Được thiết kế gồm hệ lõi ở chính giữa 15x15m với

12 thang máy phục vụ cho giao thông và thang bộ thoát hiểm được bố trí tại trung tâmcủa tòa nhà rất thuận tiên khi di chuyển giữa các tầng và thoát hiểm khi xảy ra hỏahoạn

Giao thông theo phương ngan: Được thiết kế bằng các hành lang trong khu vực nhà

từ nút giao thông đứng rất thuận tiện khi đi lại trong các tầng Đặc biệt là các sảnh củatầng 1 đến tầng 6 rất rộng

Trên tầng trên cùng còn có một sân đỗ trực thăng phục vụ cho những trường hợpđặc biệt, khi có khách tới bằng trực thăng

3 Giải pháp cung cấp điện nước và thông tin

Hệ thống cấp nước: Nước được lấy từ hệ thống cấp nước của thành phố qua đồng

hồ đo lưu lượng vào hệ thông bể ngầm của tòa nhà Sau đó được bơm lên mái thôngqua hệ thống máy bơm vào bể mái Nước được cung cấp khu vệ sinh của tòa nhà qua

hệ thống ống dẫn từ mái bằng phương pháp tự chảy Hệ thống đường ống được đi ngầmtrong sàn, trong tường và các hộp kỹ thuật

Hệ thống thoát nước thông hơi: Hệ thống thoát nước được thiết kế gồm hai đường.Một đường thoát nước bẩn trực tiếp ra hệ thống thoát nước khu vực, một đường ốngthoát phân được dẫn vào bể tự hoại xử lý sau đó đưa ra hệ thống thoát nước khu vực

Hệ thống thông hơi được đưa lên mái vượt khỏi mái nhà 700mm có trang bị lưới chắncôn trùng

Hệ thống cấp điện: Nguồn điện 3 pha được lấy từ tủ điện khu vực được đưa vàophòng kỹ thuật, điện phân phố cho các tầng rồi từ đó phân phối cho các phòng Ngoài

ra tòa nhà còn được trang bị một máy phát điện dự phòng khi xảy ra sự cố mất điện sẽ

tự động cung cấp điện cho khu thang máy và hành lang chung

Hệ thông thông tin, tín hiệu: Được thiết kế ngầm trong tường, sử dụng cáp đồngtrục có bộ chia tín hiệu cho các phòng bao gồm: tín hiệu truyền hình, điện thoại,Internet…

4 Giải pháp phòng cháy chữa cháy

Hệ thông chữa cháy được bố trí tại sảnh của mỗi tầng tại vị trí thuận tiến thao tác dễdàng Các vòi chữa cháy được thiết kế một đường ống cấp nước riêng độc lập với hệthống cấp nước của tòa nhà và được trang bị một máy bơm độc lập với máy bơm nướcsinh hoạt Khi xảy ra sự cố cháy hệ thống cấp nước sinh hoạt có thể hỗ trợ cho hệ thốngchữa cháy thông qua hệ thống đường ống chính của tòa nhà và hệ thông van áp lực.Ngoài ra phía ngoài công trình còn được thiết kết hai họng chờ Họng chờ đượcthiết kế nối với hệ thông chữa cháy bên trong để cấp nước khi hệ thông cấp nước bêntrong cạn kiệt hoặc khi máy bơm gặp sự cố không hoạt động được ta có thể lấy từ hệthống bên ngoài cung cấp cho hệ thống chữa cháy của tòa nhà trong khi chờ các đơn vịchuyên dụng đến

Hệ thống chữa cháy được thiết kế theo tiêu chuẩn của cục phòng cháy, chữa cháyđối với các công trình cao tầng

5 Điều kiện khí hậu, thủy văn

Công trình nằm ở Quận Hà Đông – Hà Nội, nhiệt độ bình quân hang năm là 27oCchênh lệch nhiệt độ giữa tháng cao nhất (tháng 6) và tháng thấp nhất (tháng 12) là

12oC Thời tiết hàng năm chia làm hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô Mùa mưa từtháng 4 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 3 năm sau Độ ẩm trung bình từ75-80% Hai hướng gió chủ yếu là gió Tây-Tây Nam, Bắc-Đông Bắc Tháng có sức giómạnh nhất là tháng 8, tháng có sức gió yếu nhất là tháng 11 Tốc độ gió lớn nhất là28m/s

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG HIỆN ĐẠI

Hầu hết các nhà cao tầng có đặc điểm riêng biệt, thiết kế kiến trúc có ảnh hưởngquyết định tới thiết kế kết cấu Trong giai đoạn hiên nay yêu cầu phải có giải pháp thiết

kế đạt hiệu quả kinh tế Các công trình có thiết kế kiến trúc phúc tạp xuất hiện ngàycàng nhiều, vai trò của người kỹ sư kết cấu rất quan trọng khi tham gia ngay trong giaiđoạn thiết kế sơ bộ

Nhiệm vụ của kỹ sư kết cấu trong thiết kế nhà cao tầng là tìm ra một giải pháp tối

ưu với giá thành thấp nhất Như vậy người kỹ sư thiết kế cần ý thức tầm quan trọng vàmối liên hệ giữa các lĩnh vực khác như kiến trúc hay thiết bị kỹ thuật công nghệ và kinhtế

1.1 GIỚI THIỆU

Vai trò của người kỹ sư kết cấu trong thiết kế nhà cao tầng đã thay đổi rất nhiều chủyêu do tính cạnh tranh ngày càng cao trong ngành công nghệ xây dựng Tính cạnhtranh mang lại những lợi ích kinh tế cho chủ đầu tư nhưng cũng là một thách thức lớnvới kỹ sư thiết kế nếu muốn có những thiết kế tôi ưu về mặt thẩm mỹ, sang tạo, khả thi

và quan trọng nhất là kinh tế

1.2 ĐỊNH NGHĨA NHÀ CAO TẦNG

Về mặt kết cấu, một công trình được định nghĩa là cao tầng khi độ bền vững vàchuyển vị của nó do tải trọng ngang quyết định Tải trọng ngang có thể dưới tải trọnggió bão hoặc động đất Mặc dù chưa có một thống nhất chung nào về định nghĩa nhàcao tầng nhưng mà có một danh giới được đa số các kỹ sư kết cấu chấp nhận, có sự

chuyển tiếp từ “phân tích tĩnh học sang phân tích động học”.

Các công trình cao tầng sẽ ngày cang cao hơn, nhẹ hơn và mảnh hơn so với nhà caotầng trong quá khứ Các nghiên cứu trên thế giới khẳng định xu hướng này trong tươnglai trên cơ sở kết quả so sánh cho thấy các công trình có độ mảnh cao đồng thời sẽ đemlại hiệu quả kinh tế cao hơn

1.3 CÁC YÊU CẦU VỀ MẶT KẾT CẤU

Trong thiết kế nhà cao tầng, cần phải phối hợp được 3 điều kiện:

- Tải trọng đứng gồm có: Trọng lượng bản thân và hoạt tải sử dụng

- Ảnh hướng của tải trọng ngang do gió và động đất

- Việc xác định độ lớn của các giá trị tải trọng ngang đưa vào thiết kế

- Chuyển vị ngang tại đỉnh công trình và chuyển vị lệch giữa các mức tầng

- Gia tốc dao động

- Ảnh hưởng của chuyển vị ngang tới các bộ phận không chịu lực

- Hiệu ứng uốn dọc do lệch tâm, chuyển vị do từ biến, chuyển vị chênh lệch giữa cáckết cấu chịu tải trọng đứng

- Ổn định tổng thể chống lật và chống trượt

- Tầm quan trọng của các cấu kiện chịu kéo.

- Việc xét tới tương tác nền và công trình

1.4 TẢI TRỌNG

Việc xác định chính xác tải trọng thiết kế là hết sức quan trọng để đảm bảo sự dunghòa giữa hai yếu tố: Độ bền vững cho kết cấu và tính kinh tế của toàn bộ công trình.Các đặc điểm liên quan đến tải trọng tác dụng lên nhà cao tầng gồm:

- Tải trọng đứng gồm có: Trọng lượng bản thân và hoạt tải sử dụng

- Xác định một cách chính xác tải trọng ngang thiết kế Xác định tải trọng thiên quá

về an toàn, nhất là tải trọng ngan, sẽ làm tăng giá thành của công trình lên rất nhiều

- Xác định chính xác hoạt tải và tĩnh tải

- Các chuyển vị lệch do dứng suất trước, lún không đều, từ biến và co ngót có thể gay

ra các tải trọng đáng kể nên cần được xem xét cẩn thận trong quá trình thiết kế.1.5 LỰA CHỌN VẬT LIỆU

Việc lựa chọn vật liệu cho thiết kế nhà cao tầng phải dựa trên ba điều kiện nêu trên,

trong đó mục tiêu hiệu quả kinh tế cao nhất rất được coi trọng Nhà cao tầng thường

có khối lượng rất lớn, đặc biệt là Lõi chiếm 38% giá thành và Sàn chiếm 40% giá thànhcác bộ phận kết cấu (xem Bảng 1.1 giá thành chi tiết các bộ phận của một cao ốc vănphòng 55 tầng tại Meibourne, Australia) Để giảm giá thành lõi cứng và sàn, người kỹ

sư cần phải cân đối các yếu tố sau: khối lượng bê tông, lượng cốt thép và cường độ bêtông Theo nghiên cứu của nhiều chuyên gia, việc tang cường độ bê tông mang lại hiệuquả cao nhất

Ngoài ra, để giảm đáng kể tác động ngang lên công trình phải lựa chọn vật liệu cótrọng lượng nhỏ, khả năng chống cháy cao và có tính liền khối

Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, vật liệu BTCT hoặc thép là các loại vật liệuđang được sử dụng nhiều, lấy theo tiêu chuẩn Việt Nam quy định cho từng loại vật liệu

và từng trường hợp tải trọng tác động vào công trình nhà cao tầng

1.6 HÌNH DẠNG, BỐ TRÍ KẾT CẤU VÀ TIẾN ĐỘ THI CÔNG CÔNG TRÌNHNHÀ CAO TẦNG

Hệ thống kết cấu cần được bố trí sao cho tải trọng sơ đồ làm việc của các bộ phậnkết cấu rõ rang mạch lạc và truyền tải tới móng của công trình.

Lựa chọn kết cấu và kiến trúc phải tính đến toàn bộ sử dụng của công trình Do tínhnăng sử dụng công trình nhà cao tầng có thể khác nhau theo từng giai đoạn, nên việcthay đổi kiến trúc và kết cấu của công trình là khó tránh khỏi, chẳng hạn như thay đổimặt tiền công trình, hay thay đổi các tường ngăng để sử dụng phòng ốc theo mục đínhkhác Vì vậy, việc lựa chọn vật liệu, hay sơ đồ kết cấu sao cho đơn giản khi có sự thayđổi mà không gây ảnh hưởng đến sự bền vững và ổn định của công trình

Tránh sự thay đổi đột ngột độ cứng của kết cấu, nếu thay đổi theo chiều đứng phảithay đổi đều giảm dần lên phía trên

Các bộ phận liên kết cần phải có bậc siêu tĩnh cao để trong trường hợp bị hư hại dotác động đặc biệt nó không bị biến thành các hệ biến hình Cấu tạo của các bộ phận kếtcấu sao cho các kết cấu nàm ngang như sàn, dầm bị phá hoại trước so với các kết cấuthẳng đứng như cột, vách

Một số giải pháp trong lựa chọn vật liệu, kết cấu đảm bảo tính ổn định, bền vững

và kinh tế cho xây dựng nhà cao tầng:

- Giảm tối đa giá thành vật liệu bằng cách tăng cường độ bê tông

- Giảm tối thiểu diện tích lõi (tăng diện tích sử dụng của công trình)

- Giảm tối thiểu chiều cao tầng

1.6.3 Tính toán kết cấu

Hệ kết cấu nhà cao tầng cần được tính toán cả về tĩnh lực và động lực

Tính toán các bộ phần kết cấu theo trạng thái giới hạn thứ nhất và trạng thái giới hạnthứ hai

Kiểm tra ổn định tổng thể đối với nhà cao tầng là rất quan trọng

1.6.4 Thi công nhà cao tầng

Tiến độ thi công của nhà cao tầng đóng vai trò quan trọn trong hiệu quả kinh tế củamột công trình, vì thế cần phải có những giải pháp thi công nhanh và áp dụng nhiềukhoa học kỹ thuật hiện đại

Cần có những biện pháp an toàn trong quá trình thi công nhà cao tầng

1.7 HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ SƠ ĐỒ LÀM VIỆC CỦANHÀ NHIỀU TẦNG

1.7.1 Cấu kiện chịu lực cơ bản

 Cấu kiện dạng thanh: cột, dầm…

 Cấu kiện phẳng: tường đặc hoặc có lỗ cửa, sàn…

 Cấu kiện không gian: lõi cứng, lưới hộp

1.7.2 Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản của nhà nhiều tầng.

- Hệ khung chịu lực (I): tạo thành từ các thanh đứng (cột) và ngang (dầm) liên kếtcứng tại chỗ giao nhau (nút)

- Hệ tường chịu lực (II): cấu kiện thẳng đứng chịu lực là các tấm tường phảng Căn

cứ vào cách bố trí các tấm tường chịu tải, nhà được chia thành các sơ đồ: tược dọcchịu lực, tường ngang chịu lực, tường ngang và dọc chịu lực

- Hệ lõi chịu lực (III): lõi có vỏ hộp rỗng, tiết diện kín hoặc hở Cấu tạo thường gặp

là :

+ Nhà lõi tròn, vuông, chữ nhật, tam giác… (kín hoặc hở)

+ Nhà có một lõi hoặc nhiều lõi

+ Lõi nằm trong nhà, theo chu vi nhà hoặc ngoài nhà

- Hệ hộp chịu lực (IV): các bản sàn được gối vào các kết cấu chịu tải nằm trong mặtphẳng tường ngoài mà không cần các gối trung gian khác bên trong.

1.7.3 Hệ hỗn hợp và sơ đồ làm việc của nhà nhiều tầng

Các hệ hỗn hợp thường gặp sau:

 Hệ khung – tường chịu lực (I+II)

 Hệ khung – lõi chịu lực (I+III)

 Hệ khung – hộp chịu lực (I+IV)

 Hệ hộp – lõi chịu lực (IV+III)

 Hệ khung – hộp – tường chịu lực (I+IV+II)…

Tùy theo cách làm việc của khung mà ta có sơ đồ:

- Sơ đồ giằng: khi khung chỉ chịu phần tải trọng thẳng đứng, còn tải trọng ngang vàmột phần tải trọng đứng do các kết cấu cơ bản khác chịu (lõi, tường, hộp…) Ở sơ

đồ này, các nút khung đều có cấu tạo khớp hoặc các cột có độ chống uốn bé vôcùng

- Sơ đồ khung – giằng: khi khung cùng tham gia chịu tải trọng đứng và tải trọngngang với các kết cấu chịu lực cơ bản khác Trường hợp này khung có liên kếtcứng tại các nút (khung cứng)

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ CHỌN VẬT LIỆU SỬ DỤNG

2.1 YÊU CẦU VỀ KẾT CẤU VÀ ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH

Trong nhữn năm gần đây, các công trình cao tầng mọc lên ngày càng nhiều trên khắpđất nước Đó là những hình ảnh tiêu biểu phản ánh sự phát triển của đất nước ta Tuy vậy

sự phát triển ấy kèm theo những thách thức lớn về quy hoạch, kiến trúc cũng như về giảipháp kết cấu và rất nhiều vấn đề khác đi kèm

Đối với một công trình cao tầng, kiến trúc có ảnh hưởng quyết định tới giải pháp kếtcấu Từ những yêu cầu về kiến trúc việc đề xuất được giải pháp kết cấu hợp ly là rất quantrọng Giải pháp kết cấu cần thỏa mãn nhiều yêu cầu như:

- Có tính cạnh tranh cao về mặt kinh tế, giải pháp mang lại lợi ích kinh tế cao tronggiai đoạn đầu tư cũng như sử dụng sau này thường được chủ đầu tư lựa chọn

- Tối ưu hóa về mặt thẩm mỹ cũng như vật liệu và không gian sử dụng

- Tính khả thi trong thi công

- Phù hợp với xu thế phát triển bền vững (tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môitrường)

Công trình “Tòa nhà trung tâm văn hóa, thương mại, dịch vụ và chung cư cao cấp HàNội” là công trình cấp đặc biệt Có năm tầng hầm sâu tổng cộng là 19,5m Chiều caophần nổi là 141m với 38 tâng nổi kể từ cốt +0.000 Hệ lưới trục vuông điển hình 15x15m.Mặt bằng hình chữ nhật Kích thước tầng hầm là 86,5x45m, tầng 1 đến tầng 7 là 67x45m,tầng điển hình là 45x45m Chiều cao tầng điển hình là 3,5m

Như đã phân tích ở Chương 1, việc tối ưu hóa hệ thông sàn, lõi, vách và tường tầnghầm trong nhà cao tầng quyết định rất lớn tới giá thành của kết cấu, thời giant hi công,hiệu quả khai thác và sử dụng Chung quy lại vẫn là hiệu quả kinh tế và tính thẩm mỹ.Trong chương này sẽ phân tích:

- Giải pháp kết cấu sàn

- Giải pháp kết cấu lõi, vách, tường tầng hầm

2.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU

2.2.1 Giải pháp hệ khung bên trong công trình

2.2.1.1 Hệ khung giằng (khung – vách)

Cấu tạo:

- Hệ Khung – vách được tạo ra bằng việc kết hợp hệ thông khung và hệ thông váchcứng Hệ thống vách cứng được tạo ra tại khu vực cầu thang bộ, cầu thang máy, khu vệsinh chung hoặc ở các tường biên, đều là các khu vực có tường liên tục lên nhiều tầng

Hệ thông khung được bố trí tại các khu vực còn lại của công trình Hai hệ thống khung vàvách được liên kết với nhau qua hệ kết cấu sàn Trong trường hợp này vách đóng vai tròchủ yếu chịu tải trọng ngang, hệ khung chủ yêu được thiết kết để chịu tải trọng thẳngđứng

Ưu điểm:

- Tạo điều kiện để tối ưu hóa các cấu kiện, giảm bớt kích thước cột, dầm, đáp ứngđược yêu cầu của kiến trúc Hệ kết cấu khung giằng là kết cấu tối ưu cho nhiều loại côngtrình chịu tải trọng ngang lớn

2.2.1.2 Hệ vách cứng và lõi cứng

Cấu tạo:

- Hệ kết cấu vách cứng có thể được bố trí thành hệ thống theo một phương, haiphương hoặc liên kết thành một hệ không gian gọi là lõi cứng Lõi (ống) có thể đặt tronghoặc ngoài biên trên mặt bằng Hệ sàn các tầng được gối trực tiếp vào lõi – hộp hoặc quacác hệ thống vách trung gian Phần trong lõi thường được bố trí thang máy, các hệ thống

kỹ thuật của công trình

Mặt bằng kết cấu nhìn đơn giản Thi công tương đối thuận lợi

2.2.2 Giải pháp kết cấu chắn giữ

Nguyên tắc và căn cứ lựa chọn kết cấu chắn giữ:

- An toàn tin cậy: Đảm bảo yêu cầu về cường độ bản thân, tính ổn định và sự biếndạng, cũng như an toàn cho công trình xung quanh

- Thuận lợi và đảm bảo thời gian cho thi công: phải dựa trên nguyên tắc an toàn tin cậy

và kinh tế hợp lý, đáp ứng được các điều kiện thuận lợi cho thi công (bố trí chắn giữ hợp

lý, thuận lợi cho việc đào và vận chuyển đất…) rút ngắn thời gian thi công

Lựa chọn kết cấu chắn giữ

Công trình có phần ngầm nằm trong đất sau 19,5m Do đó cần lựa chọn được kết cấuchắn giữ phù hợp Có thể lựa chọn phương án kết cấu chắn giữ tam thời, khi móng thicông xong là hết tác dung, hoặc lựa chọn loại kết cấu khi thi công xong trở thành một bộphận vĩnh cửu, tham gia chịu lực cho công trình

Có các loại tường vây chủ yếu sau:

2.2.2.1 Cọc bản ép

Cấu tạo:

- Dùng thép máng, sấp ngửa móc vào nhau hoặc cọc bản thép khóa miệng bằng théphình mặt cắt chữ U, Z, D Phương pháp đóng cọc hoặc rung để hạ chúng vào đất.

2.2.2.2 Tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi đường kinh nhỏ:

2.2.3 Giải pháp kết cấu sàn

Trong kết cấu nhà cao tầng, việc giảm chiều cao tầng không những tiết kiệm đáng kểvật liệu hoàn thiện, giảm thiểu chi phí thiết bị vận hành… mà còn giảm toàn bộ chiềucao nhà, từ đó dẫn đến giảm tải trọng ngang cho công trình Đây là yêu tố rất quan trọng

vì đối với kết cấu nhà cao tầng tải trọng ngang là tải trọng mang tính quyết định

Trước khi lựa chọn ta đi phân tích một số giải pháp kết cấu sàn

2.2.3.1 Sàn sườn toàn khối

2.2.3.2 Sàn ô cờ

Cấu tạo:

- Gồm hệ dầm vuông góc với nhau theo hai phương, chia bản sàn thành các ô bản

kê bốn cạnh có nhịp bé, theo yêu cầu cấu tạo khoảng cách giữa các dầm không quá 2m

Ưu điểm:

- Tránh được có quá nhiều cột bên trong nên tiết kiệm được không gian sử dụng và

có kiến trúc đẹp, thích hợp với các công trình yêu cầu thẩm mỹ cao và không gian sửdụng lớn như hôi trường, câu lạc bộ…

Nhược điểm:

- Thi công phức tạp Mặt khác, khi mặt bằng sàn quá rộng cần phải bố trí them cácdầm chính Vì vậy, nó cũng không tránh được những hạn chế do chiều cao dầm chínhphải lớn để giảm độ võng

2.2.3.3 Sàn không dầm ứng lực trước

Cấu tạo:

- Gồm các bản kê trực tiếp lên cột

Ưu điểm:

- Giảm chiều dày, độ võng sàn

- Giảm được chiều cao công trình

- Tiết kiệm được không gian sử dụng

- Phân chia không gian các khu chức năng dễ dàng, bố trí hệ thống kỹ thuật dễdàng

- Khi thi công tâm tón đóng vai trò là sàn công tác

- Khi đổ bê tông đóng vai trò cốp pha cho vữa bê tông

- Khi làm việc đóng vai trò là cốt thép dưới của bản sàn

Nhược điểm:

- Tính toán phức tạp

- Chi phí vật liệu cao

- Công nghệ thi công chưa phổ biến ở Việt Nam ta hiện nay

- Thời gian thi công nhanh

- Tiết kiệm vật liệu

- Khả năng chịu lực lớn, và độ võng nhỏ

Nhược điểm:

- Kích thước cấu kiện lớn

- Quy trình tính toán phức tạp

- Sàn: Nhằm tạo không gian thông thóa và tạo sự linh động trong ngăn chia khônggian, kiến trúc sử dụng lưới trục 15x15m Đây là lưới trục lớn, nếu sử dụng kết cấu dầmsàn bằng bê tông cốt thép thường thì kích thước cấu kiện sẽ rất lớn làm tăng chiều caotầng Gải pháp kết cấu dầm sàn ứng suất trước sẽ giúp cấu kiện nhỏ gọn hơn, khả năngchông nứt cao hơn.

Kết luận sử dụng sàn không dầm ứng lực trước

- Hệ kết cấu chắn giữ: Tường liên tục trong đất

2.3. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN VẬT LIỆU SỬ DỤNG

Vật liệu BTCT là vật liệu không đồng nhất, rẻ tiền, tận dụng ưu thế của hai loại vậtliệu là khả năng chịu nén của bê tông và khả năng chịu kéo của thép tạo ra loại vật liệumới có tính năng cơ lý hoàn hảo Ngoài ra cường độ BTCT không những giảm mà còntăng theo thời gian Bền với môi trường và nhiệt độ, tăng tuổi thọ công trình Được sửdụng phổ biến tại Việt Nam nên nhiều kinh nghiệm, thời gian thi công tương đối nhanh,đơn giản và đảm bảo chất lượng

Bê tông là vật liệu đàn dẻo nên có khả năng phân phố lại nội lực trong các kết cấu, sửdụng hiệu quả khi tải trọng lặp lại Bê tông có tính liền khối cao nên thuận lợi cho việctạo ra hệ chịu lực thống nhất có bậc siêu tính cao, tuy nhiên trọng lượng bản thân bêtông lớn nên phải được cân nhắc để sử dụng cho phù hợp

Bê tông cốt thép sử dụng theo TCXDVN 5574 :2012 như sau:

- Loại chất kết dính: xi măng pooclang, bền sunfat, xi măng ít tỏa nhiệt

- Loại cốt liệu nhỏ - cát sạch (với các tạp chất không quá 1% khối lượng với môđung cỡ hạt từ - 2-2,5mm)

- Loại cốt liệu thô – đá dăm nhỏ từ đá phún xuất không bị phong hóa

- Sử dụng nước sạch trộn bê tông, không cho phép dùng nước đầm lầy, nước bẩn

để trộn.

Những lựa chọn cụ thể vật liệu như mác bê tông, mác thép sẽ được nói rõ trong phầnthiết kế cấu kiện

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC SƠ BỘ

3.1 CHỌN VẬT LIỆU SỬ DỤNG

3.1.1 Bê tông

Cấp độ bền B40 theo TCXD 5574 : 2012 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép

- Cường độ tính toán về nén: Rb = 22,0 MPa

- Cường độ tính toán về kéo: Rbt = 1,4 MPa

Theo quy đổi cấp độ bền của bê tông tương đương giữa tiêu chuẩn TCVN 5574 :

2012 và EN 1992, thì bê tông cấp độ bền B40 (M500) quy đổi thành C35/45, có:

- Cường độ trung bình của mẫu chịu nén fcm = 43 (theo mẫu trụ); và fcm = 55,3 (theo mẫu lập phương)

=> Thỏa mãn yêu cầu về vật liệu theo TCVN 9386 : 2012 Thiết kế công trình chịu động đất: là bê tông có cấp độ bền lớn hơn B20 tương đương C16/20

Với kích thước điển hình l1 x l2 = 15x15 (m)

Theo tiêu chuẩn ACI, chiều dày sàn được lựa chọn sơ bộ dựa trên nhịp bản với tỉ lệ

l

l   > 2 => ô sàn đều làm việc theo một phương (bản kê hai

cạnh); chọn D = 0,9; chiều dày sơ bộ của bản sàn là:

Sàn tầng hầm và bản đáy cùng với tường chắng đất tạo thành hệ kết cấu có độ ổnđịnh cao và càn có đủ độ cứng, độ bền để đồng thời tham gia chịu lực, chống thấm và

áp lực đất, nước cũng như các tác động bất lợi của môi trường bên ngoài

Trong mục 5.4 – Thiết kế cho trường hợp cấp dẻo kết cấu trung bình đối với tường

có tính dẻo kết cấu (mục 5.4.1.2.3, trang 90), quy định bề dày của tường – vách cứngchịu lực kháng chấn:

Công trình sử dụng nhiều loại vách chịu lực khác nhau và vị trí kiến trúc khác nhau.

Để thuận tiện thi công và tăng tối đa tính hiệu quả kinh tế cho công trình, ta chọn kíchthước sơ bộ như sau:

- Vách chịu lực chính, lõi thang máy, chọn chiều dày: bw0= 0,5 m

- Vách phụ phân bố trong công trình, chọn chiều dày: bw0 = 0,22 m và 0.3m

Chiều dài vách lấy theo kiến trúc

3.4 CHỌN KÍCH THƯỚC SƠ BỘ DẦM

3.4.1 Chọn kích thước dầm theo kiến trúc

Chiều cao dầm chọn theo nhịp: d

d

L h m

+ Chiều rộng của dầm kháng chấn chính: bw  min  bc  hw;2 bc 3.4Trong đó: hw - là chiều cao dầm; để đảm bảo chiều cao thông thủy, chọn hw = 0,4m

bc – kích thước cạnh lớn nhất tiêt diện ngang lấy bằng 0,5m

Suy ra bề rộng của dầm: b w min 0,4 0,5;2.0,5    =0,9

Chọn hw = 0,4m, bw = 0,9m

Kết luận :

Dầm chịu lực nhip 15m : 50x110 cm

Dầm chịu lực nhịp 10m : 30x700 cm

3.5 CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TƯỜNG

Chọn tiết diện tường tầng hầm: 0,8m Tường dài 34m, được ngàm vào lớp sỏi sạn,cuội nhỏ rất chặt một khoảng là 2,2m

CHƯƠNG 4 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC

Tải trọng tác dụng lên công trình gồm có:

Tải trọng đứng và tải trọng ngang

- Tải trọng đứng gồm có: Trọng lượng bản thân và hoạt tải sử dụng

- Tải trọng ngang gồm có: Tải trọng gió, áp lực đất lên tường tầng hầm và tải trọng động đất

Các tải trọng được xác định theo các tài liệu hiện hành của Việt Nam:

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

- TCXD 229: 1999 Chỉ dẫn tính toán thành phần của tải trọng gió theo TCVN 2737 : 1995

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

- TCVN 4453: 1995 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối – Quy phạm thi công và nghiệm thu

- Và một số tài liệu khác

Nội lực:

Dao động riêng và nội lực của công trình và các cấu kiện được tính toán trên phần mềm KCW 2010

4.1 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỨNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH

4.1.1 Tải trọng thường xuyên

4.1.1.1 Tải trọng bản thân

Tải trọng bản thân các cấu kiện dầm, cột, vách, sàn được chương trình tính toán Hệ

số độ tin cậy lấy bằng 1,1

Phương án sàn ứng suất trước dày 30cm Trọng lượng riêng được lấy theo chỉ dẫn tính toán, nhập vào phần mềm KCW 2010

Kích thước dầm chính theo các nhịp và trục chính là 50x110cm Dầm bo câu thang

và phụ kích thước 30x70cm

Vách bê tông dày 22cm, 30cm và 50cm

Tường tầng hầm dày 80cm

Sàn đáy dày 0,5m

4.1.1.2 Trọng lượng các lớp trát kiến trúc bề mặt kết cấu

Trọng lượng này được bổ sung thành tải trọng phân bố đều trên mặt các phần tử theophương lực tác dụng

Bảng 4.1 Trọng lượng các lớp trên mặt sàn tầng hầm:

STT Lớp vật liệu g d gtc

Hệ sốvượt tải gttkN/m3 m kN/m2 N kN/m2

- Bản bê tông dày 14cm: 1,1 x 25 x 0,14 x 1,12 = 4,312 kN/m2

- Vữa trát đáy dày 1,5cm: 1,3 x 16 x 0,015 x 1,12 = 0,349 kN/m2

Tổng cộng: 7,451 kN/m2.Trọng lượng các lớp trát quanh thành thang máy:

- Vữa trát 2 bên dày 3cm: 1,3 x 20 x 0,030 = 0,780 kN/m2

- Gạch dày 11cm: 1,1 x 14 x 0,110 = 1,694 kN/m2

- Vữa trát 2 bên dày 3cm: 1,3 x 20 x 0,030 = 0,780 kN/m2

Tổng cộng: 2,474 kN/m2 Tường 22 gạch đặc:

chắn mái

1,20 8,78 7,03 6,16 5,00 3,55 2,97

4.1.1.4 Bể nước mái

Chiều dài bể L = 7,30 m Chiều rộng bể B = 5,80 m

Chiều cao bể H = 3,00 m Chiều dày đáy bể d1 = 0,20 m

Bề dày thành bể d2 = 0,30 m Chiều dày nắp bể d3 = 0,15 m

Khoảng hở từ mực nước lớn nhất đến đáy nắp bể b = 0,10 m

- Trọng lượng nước trong bể:

Hệ số độ tin cậy 1,4 khi tính trọng lượng thành bể là để kể đến trọng lượng dầm bể.

Phân thành tải phân bố đều trên ô sàn kích thớc 7,30 x 5,80 m

q = 2008,26 / ( 7,30 x 5,80 ) = 47,43 kN/m2

4.1.2 Áp lực đất lên tường chắn

Khi tính toán kết cấu chắn giữ, áp lực tác động vào bề mặt tiếp xúc của kết cấu chắngiữ với thể đất tức là áp lực đất Độ lớn và quy luật phân bố của áp lực đất có liên quanvới các nhân tố hướng và độ lớn của chuyển vị ngang của kết cấu chắn giữ, tính chấtcủa đất, độ cứng và độ cao của vật kết cấu chắn giữ, nhưng do việc xác định chúng kháphức tạp ngay trong trường hợp đơn giản nhất nên hiện nay vẫn dùng lí thuyếtCoulumb với những hiệu chỉnh bằng số liệu thực nghiệm

- Áp lực đất tĩnh Như tường chắn đất cứng duy trì ở vị trí tĩnh tại bất động (không

bị dịch chuyển) thì áp lực đất tác dụng vào tường gọi là áp lực đất tĩnh Hợp lực của áplực đất tĩnh tác động trên mỗi mét dài tường chắn đất biểu thị bằng Eo(kN/m), cường độ

áp lực đất tĩnh biểu thị bằng po( kPa)

- Áp lực đất chủ động Nếu tường chắn đất dưới tác động của áp lực đất lấp mà

tường dịch chuyển theo chiều đất lấp, khi đó áp lực đất tác động vào tường sẽ từ áp lựcđất tĩnh mà giảm dần đi, khi thể đất ở sau tường đạt đến giới hạn cân bằng, đồng thờixuất hiện mặt trượt liên tục làm cho thể đất trượt xuống, khi đó áp lực đất giảm đến trịnhỏ nhất, gọi là áp lực chủ động, biểu thị bằng EA (kN/m) và pa (kPa)

- Áp lực đất bị động Nếu tường chắn đất dưới tác dụng của ngoại lực di động theo

chiều đất lấp, khi đó áp lực đất tác động vào tường sẽ từ áp lực đất tĩnh mà tằng dần lên, liên tục cho đến khi thể đất đạt giới hạn cân bằng, đồng thời xuất hiện mặt trượt liên tục, thể đất ở phía sau tường bị chèn đẩy lên Khi đó, áp lực đất tăng tới trị số lớn nhất, gọi là áp lực đất bị động, biểu thị bằng EP (kN/m) và pp (kPa)

a) áp lực đất tĩnh; b) áp lực đất chủ động; c) áp lực đất bị động

Hình 4.1 Các loại áp lực đất tác dụng lên tường chắn

Bởi khi thiết kế ta đảm bảo chuyển vị tường tầng hầm là rất nhỏ, khi đó ta chỉ xét đến áp lực đất tĩnh của đất lên tường tầng hầm

Bảng 4.6 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất:

ST

Độ dà y

Độ sâu (w)) Tỷ

trọn g

4 Sét pha nâu vàng, xám ghi có chỗđốm đỏ, nửa cứng, dẻo cứng 3.5 14 19.1 2.71 0.81

5 Sét pha nâu xám, nâu hồng dẻomềm 6.6 20.6 18.5 2.69 0.92 8.5

6 Cát hạt nhỏ, mầu xám nâu vàng, trạng thái chặt vừa 5.9 26.5 20.1 2.66 10.17

Cát vàng hạt trung chuyển xuống

cát hạt thô lẫn sạn sỏi, trạng thái

chặt đến rất chặt 8.5 45 19.7 2.67 0.5 10.93

10 Cuội sỏi lẫn sạn cát mầu xám vàng

p     h q K (4.1)Trong đó:

- p0 - Cường độ áp lực đất tĩnh tại điểm tính toán (kPa);

- i - Trọng lượng đơn vị của tầng đất thứ i bên trên điểm tính toán (kN/m3);Chú ý: Trong công thức trên, đại lượng i lấy như sau:

- Là trọng lượng riêng tự nhiên w với những lớp đất nằm trên mực nước ngầm

- Là trọng lượng riêng đẩy nổi đn với những lớp đất nằm dưới mực nước ngầm

- hi - Độ dày tầng đất thứ i bên trên điểm tính toán (m);

- q - Tải trọng phân bố đều trên mặt đất Để kể tới việc chất tải thi công ở bờ

hố móng sâu và các yếu tố như xe cộ chạy qua.v.v thông thường lấyq=1020 kPa.Chọn q= 10 kPa đưa vào tính toán;

- K0 - Hệ số áp lực tĩnh của đất ở tại điểm tính toán Do không có tài liệu thí

nghiệm nên ta có thể tham khảo cỏc số liệu trong Bảng 2.3 tài liệu “Thiết kế móng sâu” của tác giả Nguyễn Bá Kế

Lần đầu tiên vào những năm 40 Jaky đưa ra, sau đó thí nghiệm của Bishopv,v chứng thực, với đất cố kết bình thường có thể lấy gần đúng là:

cát

Sét dẻo - sét dẻo mềm

Sét dẻo mềm

Sét dẻo chảy

Ko 0,1 – 0,4 0,4 – 0,5 0,5 – 0,6 0,6 –0,75 0,75 –0,80Bảng4.8 Hệ số áp lực tĩnh K0 của đất:

Đất nén chặt, sét tàn tích - 9 0,42

Đất nén chặt, sét tàn tích - 31 0,66

Sét bột hữu cơ, chưa bị xáo động 74 45 0,57

Đất cao lanh, chưa bị xáo động 61 23 0,64-0,71Sét biển (Oslo), chưa bị xáo động 37 16 0,48

i(kN/m3) hi.i (kN/mhi.i 2) (kN/mq 2) K0 p0

4.1.3 Hoạt tải đứng tác dụng lên công trình

Từ kiến trúc ta nhận thấy công năng sử dụng của các tầng như sau:

Tên tầng Công năng sử dụng Chiều cao

Tầng kỹ thuật 33+2 Kỹ thuật thang máy - Bể nước 3,3m.

Tầng mái Sân đỗ trực thăng 1,2m

Theo điều 4.3.4 TCVN 2737: 1995 tải trọng và tác động ta có: Bởi vì xác suất xuất

hiện đồng thời hoạt tải sử dụng ở tất cả các sàn giảm khi số tầng nhà tăng, nên tiêuchuẩn thiết kế đều qui định các hệ số giảm tải khi tính toán

Tiêu chuẩn qui định việc giảm tải trọng tạm thời trên sàn nhà phụ thuộc vào số tầngnhà và diện tích sàn đang tính, các qui định cụ thể như sau:

4.1.3.1 Khi tính dầm chính, dầm phụ, bản sàn, cột và móng, tải trọng toàn phần được phép giảm như sau:

Đối với các phòng chức năng sau (loại 1):

- Trong đó: A - diện chịu tải, tính bằng m2

Đối với phòng chức năng sau (loại 2):

vượt tải gtt Hệ số

giảm tải Gtc Gtt

m2 kN/m2 n kN/m2   kN kN

Sinh hoạt công

Tổng 2728 5731,7 6976

Bảng 4.15 Tính toán tải trọng tạm thời tầng 5:

STT Hoạt tải

Diệntích gtc Hệ số

Hệ sốvượt tải gtt

Hệ sốgiảm tải Gtc Gtt

Hệ sốvượt tải gtt

Hệ sốgiảm tải Gtc Gtt

4.2 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG NGANG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH

Tải trọng ngang tác dụng lên công trình bao gồm tải trọng gió và tải trọng động đất.Tải trọng gió bao gồm gió tĩnh và gió động

Tải trọng động đất được tính toán theo phương pháp phổ phản ứng

4.2.1 Tải trọng gió

Căn cứ vào vị trí xây dựng công trình: Thành phố Hà Đông - Hà Nội

Căn cứ vào Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737 - 1995 về tải trọng và tác động

Ta có: Địa điểm xây dựng thuộc vùng II-B, có W0=0,095 T/m2

Công trình có độ cao từ cốt +0.000 đến đỉnh mái là 138,8000 m nên ngoài thànhphần tĩnh của gió cần phải xét đến thành phần động của tải trọng gió

4.2.1.1 Tải trọng gió tĩnh

Giá trị tiêu chuẩn của gió được xác định theo công thức

Wtc= W0  k  c (4.6) Giá trị tính toán của phần gió tĩnh được xác định theo công thức

Wtt= n  W0  k  c (4.7)

Trong đó:

- n: Hệ số vượt tải lấy n=1,2 lấy theo TCVN 2737 – 1995

- W0 = 0,95 ( kN/m2 ) - giá trị của áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng gió

- k: Hệ số kể đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao lấy theo bảng 5

- c: Hệ số khí động lấy theo bảng 6 – TCVN 2737 – 1995

cđ=0,8 phía đón gió

ch=0,6 phía khuất gió

Do mô hình sàn được coi là tuyệt đối cứng theo phương mặt phẳng sàn, nên Tải

trọng gió tĩnh được quy về tập trung tại các nút khung tương ứng các mức sàn Do côngtrình có mặt bằng cơ bản là đối xứng nên ta tính tập trung về 1 nút, sau đo khi gán thìgán vào hai vị trí đối xứng qua trục của mặt bằng

Kết quả được tính toán trên bảng Excel, dựa trên mặt bằng kiến trúc và kết cấu đểtính Do mô hình sàn được coi là tuyệt đối cứng, do vậy ta quy thành các lực tập trungtại ngang mức sàn Bảng kết quả như sau: