đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng thiết kế chung cư c c16 khu đô thị trung yên lập chương trình dồn tải khung phẳng tổ hợp nội lực dầm cột

Việc lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý cho ngôi nhà phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, trong đó có các yếu tố cơ bản là nh : - Kích thớc, hình dáng của ngôi nhà kiến trúc - Yêu cầu cô

hµ néi – 2007

o TÝnh cÇu thang bé trôc 1-2

o TÝnh néi lùc khung kh«ng gian

o TÝnh khung trôc B

o TÝnh mãng khung trôc B

CÊu tróc ch¬ng tr×nh gåm nh÷ng phÇn chÝnh sau:

 NhËp sè liÖu:

o NhËp sè liÖu kiÕn tróc: sè liÖu khung ph¼ng, sè liÖu mÆt b»ng

o NhËp sè liÖu vËt liÖu, t¶i träng, mÆt c¾t

Mục lục

Tr

ờng đại học xây dựng hà nội 31

Khoa công nghệ thông tin 31

I.4.1 Sơ bộ lựa chọn kích th ớc tiết diện các cấu kiện 8

I.4.1.1 Xác định chiều dày của bản 8

I.4.1.2 Xác định kích th ớc tiết diện dầm: 8

I.4.1.3 Xác định kích th ớc tiết diện cột 9

I.4.2 Lý thuyết tính toán và dồn tải trọng về khung 9

I.4.3.1 Cấu kiện có tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn (Hình 2) 12

I.4.3.2 Cấu kiện có tiết diện chữ nhật đặt cốt kép (Hình 3) 17

I.4.3.3 Tính toán c ờng độ trên tiết diện nghiêng 20

I.4.4 Cấu kiện chịu nén 25

I.4.4.1 Cấu kiện chịu nén đúng tâm chữ nhật 25

I.4.4.2 Cấu kiện chịu nén lệch tâm chữ nhật 25

I.1.1 Kiến trúc công trình 30

I.1.1.1 Giải pháp mặt bằng 30

I.1.1.2 Giải pháp mặt đứng 30

I.1.1.3 Giải pháp kết cấu 31

I.1.1.4 Trình tự thiết kế 31

II.2.1 Cơ sở tính toán kết cấu 32

II.2.2 Chọn vật liệu cho các kết cấu 33

II.2.3 Chọn sơ bộ kích th ớc tiết diện các cấu kiện 33

II.2.3.1 Chọn kích th ớc sàn 33

II.2.3.2 Chọn bề dầy vách 33

II.2.3.3 Chọn kích th ớc dầm 33

II.2.3.4 Chọn kích th ớc cột 34

II.2.4 Xác định tải trọng công trình 34

II.2.4.1 Đơn vị sử dụng 34

II.2.4.2 Tải trọng sàn mái 35

II.2.4.3 Tải trọng sàn tầng tum cốt +39,6m 35

II.2.4.4 Sàn BTCT tầng 2 – 10 35

II.2.4.5 Sàn WC tầng 2 – 10 36

II.2.4.6 Cầu thang 36

II.2.4.7 T ờng xây (đơn vị kG-m) 37

II.2.4.8 Tải trọng bản thân các cấu kiện 38

II.2.4.9 Tải trọng gió 38

II.2.5 Tính nội lực khung không gian 39

II.2.6 Tính sàn tầng điển hình 43

II.2.6.1 Tính toán bản B4.01 44

II.2.6.2 Tính toán bản B4.02 47

II.2.6.3 Tính toán bản B4.03 50

II.2.7 Tính thang bộ trục 1-2 56

II.2.7.1 Tính toán bản đan thang 56

II.2.7.2 Tính toán cốn thang 59

II.2.7.3 Tính toán sàn chiếu nghỉ 63

II.2.7.4 Tính toán dầm chiếu nghỉ 66

II.2.7.5 Tính toán sàn chiếu tới 69

II.2.7.6 Tính toán dầm chiếu tới 70

II.2.8 Tính cốt thép khung trục B 74

II.2.8.1 Tính toán cốt thép dầm khung trục B 75

II.2.8.2 Tính toán cốt thép cho dầm điển hình 79

II.2.8.3 Tính toán các cấu kiện còn lại: 81

II.2.8.4 Tính toán cốt thép cột khung trục B 85

II.2.8.5 Tính toán cốt thép cột điển hình 85

II.2.9 Tính móng M3 khung trục B 94

II.2.9.1 Đánh giá đặc điểm công trình và tải trọng tác dụng 94

II.2.9.2 Đánh giá đặc điểm địa chất công trình, tính chất xây dựng các lớp đất 95

II.2.9.3 Tính toán cọc khoan nhồi cho móng M3 (trục 3) 97

II Ngôn ngữ lập trình 99

Tài liệu tham khảo 152

Lời nói đầu

Ngành tin học Xây dựng nớc ta tuy mới phát triển nhng bớc đầu đã trợ giúp tích cực cho công tác quản lí, thiết kế và thi công các công trình xây dựng, đem lại nhiều hiệu quả sản xuất cao Trong tơng lai không xa các phần mềm xây dựng Việt Nam sẽ đợc tiếp tục đợc xây dựng và sẽ ngày càng hoàn thiện, để có thể là công cụ hữu ích nhất cho các kĩ s và các nhà quản lí xây dựng

Là một sinh viên chuyên ngành Tin học Xây dựng dân dụng Em đã nhận thức đợc tầm quan trọng của ngành Xây dựng nói chung trong việc phát triển nền kinh tế, cũng nh tầm quan trọng của chuyên ngành Tin học Xây dựng trong ngành Xây dựng nói riêng Bởi vậy em đã quyết định lựa chọn đề tài: “Thiết kế chung c C16 - Khu Đô thị Trung Yên và Lập ch-

ơng trình dồn tải khung phẳng” để làm đề tài tốt nghiệp cho khóa tốt

nghiệp của mình Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng tin học hóa vào trong quá trình thiết kế công trình xây dựng dân dụng

Đề tài gồm hai phần:

- Phần Xây dựng: “Thiết kế công trình chung c C16- Khu ĐT Trung

Yên ” do PGS., TS Lý Trần Cờng trực tiếp hớng dẫn

- Phần Tin học: “Lập chơng trình dồn tải khung phẳng ” do PGS., TS Nguyễn Văn Nghiễm trực tiếp hớng dẫn

Đề tài tốt nghiệp đợc thực hiện trong thời gian 15 tuần, dựa trên các kiên thức chuyên môn đã đợc tích lũy sau 5 năm đại học Trong đó phần tin học đợc viết trên ngôn ngữ Visual Basic 6.0, là ngôn ngữ lập trình trên nền Windows nên có giao diện rất gần gũi và dễ sử dụng

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS., TS Nguyễn Văn Nghiễm và PGS.TS Lý Trần Cờng đã tận tình giúp đỡ để em hoàn thiện

đề tài tốt nghiệp này

Xin cảm ơn các bạn đồng môn đã có những góp ý quý giá cho quá trình cho quá trình thực hiện đề tài của tôi

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội 04/01/2007 Sinh viên: Nguyễn Vũ Long

Phần I - Xây dựng

Ngày nay, ngành xây dựng nói chung cũng nh ngành xây dựng dân dụng nói riêng nớc ta đang trên đà phát triển rất mạnh Một đất nớc muốn phát triển, trớc hết phải nói đến một cở sở hạ tầng vững chắc và ổn định Ngành xây dựng đóng góp một phần rất lớn vào việc xây dựng lên cơ sở hạ tầng đó từ hệ thống giao thông, đờng xá đến hệ thống các nhà xởng, các công trình dân dụng v.v

Bên cạnh đó là sự phát triển không ngừng của nền công nghệ thông tin Tin học hóa sản xuất và đời sống đã đem lại nhiều thành quả to lớn trong việc cải tiến kĩ thuật cũng nh trong đời sống hàng ngày Hàng loạt các ứng dụng máy tính đã đợc nghiên cứu và đa vào các ngành sản xuất khác nhau, đem lại sự tự động hóa và năng suất lao động rất cao áp dụng tin học hóa sản xuất xây dựng không nằm ngoài sự phát triển rộng lớn của ngành công nghệ thông tin

Đối với ngành xây dựng, có một đặc trng rất riêng, rất khác với các ngành kinh tê khác, đó là sản phẩm của ngành xây dựng Điển hình đó là các công trình xây dựng, nó luôn gắn liền với địa điểm xây dựng, lại đợc sản xuất chủ yếu ngoài trời, phụ thuộc rất nhiều vào môi trờng Bởi vậy việc áp dụng tin học để tự động hóa hoàn toàn sản xuất là rất khó khăn Hầu hết các sản phẩm tin học ngày nay đợc áp dụng vào ngành xây dựng

là về công tác quản lí, tự động hóa thiết kế và thi công Các phần mềm nổi tiếng đợc áp dụng phải kể đến nh: AutoCad (hỗ trợ thiết kế các bản vẽ kĩ thuật nói chung); Sap2000, Stadd, Etab (tính nội lực và thiết kế các công trình xây dựng); Project (quản lí lập dự án )

ở Việt Nam, ngành tin học xây dựng cũng đã có các bớc đi đáng kể Hiện nay các công ty tin học xây dựng lớn của Việt Nam nh công ty Hài

Hòa, công ty tin học bộ xây dựng CIC và một số tổ chức hay cá nhân khác cũng đã cho ra đời một số phần mềm xây dựng giao diện tiềng Việt phục

vụ cho công tác thiết kế nh: FBT(Hài Hòa) , DT2000; RDW , MBW, MCW, KPW (CIC), Các phần mềm tiếng Việt có lợi thế là giao diện tiếng Việt

và phù hợp với các yêu cầu thực tế trong sản xuất ở nớc ta, ví dụ nh ở các phần mềm thiết kế nớc ngoài đều không đợc cập nhật các tiêu chuẩn của Việt Nam Bởi vậy trong tơng lai, ngành tin học xây dựng nớc ta còn phải tiếp tục phát triển mạnh mẽ hơn nữa để đáp ứng đợc thực tế ngành xây dựng nớc ta

Là một sinh viên chuyên ngành Tin học Xây dựng dân dụng Việc nhận thức thực tế ngành xây dựng nớc ta đã giúp em lựa chọn đề tài tốt

nghiệp là: “Thiết kế chung c C16 – Khu Đô thị Trung Yên và Lập

ch-ơng trình dồn tải khung phẳng”.

Mục đích lựa chọn đề tài này thứ nhất là áp dụng kiến thức chuyên ngành xây dựng đã đợc tích lũy vào việc thực hành thiết kế công trình nhà

ở chung c C16 – Khu ĐT Trung Yên Điều này sẽ giúp em củng cố kiến

thức đã đợc học và tạo điều kiện làm quen với công việc trong tơng lai

Thứ hai là lập một chơng trình tự động dồn tải khung phẳng Trong

công tác thiết kế xây dựng nhà cao tầng, việc tính toán dồn tải thờng khá khó khăn và tốn nhiều thời gian Do đó, chơng trình này đợc tạo ra với mục đích giảm bớt khối lợng công việc cho ngời thiết kế, tiết kiệm thời gian

và công sức tính toán Đó là lý do mà em đã lựa chọn để nghiên cứu và

tr-ớc hết là áp dụng vào đề tài tốt nghiệp này của em

I Tổng quan về thiết kế kết cấu nhà cao tầng

I.1 Đặc điểm thiết kế nhà cao tầng

Một số đặc điểm cụ thể đợc áp dụng trong đề tài tốt nghiệp

 Tải trọng và tác động nói chung

Các loại tải trọng và tác động lên nhà cao tầng có thể kể đến đợc chia ra: tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải), tải trọng tạm thời (hoạt tải) và tải trọng đặc biệt Tác động đợc coi là tải trọng tạm thời (biến dạng nền, co ngót nhiệt độ, ) Các loại tải trọng này (không kể tải động đất) đợc xác

định theo TCVN2737:1995 Tải trọng động đất có thể xác định theo tiêu chuẩn SNEP-I-81 Tuy nhiên trong đề tài tốt nghiệp này công trình đợc giao thiết kế không nằm trong vùng có động đất

 Giảm tải trọng sử dụng (hoạt tải).

Khi số tầng của nhà tăng lên, xác suất xuất hiện đồng thời tải trọng

sử dụng ở tất cả các tầng sẽ giảm, nên khi thiết kế các kết cấu thẳng đứng của công trình cao tầng ngời ta có đa ra hệ số giảm tải Qui định về hệ số giảm tải đực nêu cụ thể trong TCVN2737:1995

 Tải trọng gió

Tải trọng gió gồm hai thành phần: thành phần tĩnh và thành phần

động Trong đó thành phần động đối với công trình cao dới 40 m ở địa hình A, B không cần tính đến

Một nhân tố chủ yếu trong thiết kế nhà cao tầng là tác động của tải trọng gió gây ra nội lực và chuyển vị rất lớn Theo sự tăng lên của chiều cao, chuyển vị ngang tăng lên rất nhanh gây ra một số hậu quả bất lợi nh: làm kết cấu tăng thêm nội lực phụ làm ảnh hởng tới sự làm việc bình thờng của kết cấu ,gây tâm lý lo sơ cho ngời sử dụng (nh làm nứt, gãy tờng và

một số chi tiết trang trí) thậm chí gây phá hoại công trình Mặt khác chuyển vị lớn sẽ gây cảm giác khó chịu cho con ngời khi làm việc và sinh sống trong đó.

Qui định cụ thể về xác định tải trọng gió đợc nêu ra trong TCVN2737:1995

I.2 Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu

 Các giải pháp kết cấu.

Việc lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý cho ngôi nhà phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, trong đó có các yếu tố cơ bản là nh :

- Kích thớc, hình dáng của ngôi nhà (kiến trúc)

- Yêu cầu công năng sử dụng

c- Hệ khung chịu lực

Hệ này đợc tạo thành từ các thanh đứng (cột) và các thanh ngang (dầm) liên kết cứng tại chỗ giao nhau giữa chung gọi là nút Các khung

phẳng lại liên kết với nhau qua các thanh ngang tạo thành khung không gian Hệ kết cấu này khắc phục đợc nhợc điểm của hệ tờng chịu lực là trọng lợng bản thân nhỏ làm việc tốt khi chịu tải trọng đứng Nhợc điểm chính của hệ kết cấu này là không chịu đợc tải trọng ngang khi tăng chiều cao nhà

 Hệ vách chịu lực

Vách chịu lực về mặt cấu tạo nh là tờng chịu lực chỉ khác là vật liệu cấu tạo nên lõi là loại vật liệu (bê tông cốt thép ,cấu tạo từ thép có độ cứng tơng đơng v v.)có độ bền cao hơn lên gọi là vách hay tờng cứng có khả năng chịu tải trọng đứng cũng nh tải trọng ngang rất tốt nhng tốn kém vật liệu nên ít đợc áp dụng độc lập

 Hệ lõi chịu lực

Lõi chịu lực có dạng vỏ hộp rỗng, tiết diện kín hoặc hở có tác dụng nhận toàn bộ tải trọng tác động lên công trình và truyền xuống đất Hệ lõi chịu lực có khả năng chịu lực ngang khá tốt và tận dụng đợc giải pháp bố trí giao thông Tuy nhiên để hệ kết cấu thực sự tận dụng hết tính u việt thì

hệ sàn của công trình phải có độ cứng đủ lớn để truyền tải trọng và phải

có biện pháp thi công đảm bảo chất lợng vị trí giao nhau giữa các cấu kiện

 Hệ hộp chịu lực

Hệ này truyền tải theo nguyên tắc các bản sàn đợc gối vào các kết cấu chịu tải nằm trong mặt phẳng tờng ngoài mà không cần các gối trung gian bên trong Giải pháp này thích hợp cho các công trình có chiều cao lớn (thờng trên 80 tầng)

Ngoài ra còn có các giải pháp hỗn hợp đang đợc áp dụng rất phổ biến hiên nay của các kiểu trên nh:

- Hệ khung - tờng chịu lực

- Hệ khung - lõi chịu lực

- Hệ khung - hộp chịu lực

- Hệ hộp - lõi chịu lực

- Hệ khung - hộp - tờng chịu lực

ở các hệ kết cấu hỗn hợp trong đó có sự hiện diện của khung, tuỳ theo cách làm việc của khung mà ta sẽ có sơ đồ giằng hoặc sơ đồ khung giằng

+ Sơ đồ giằng

Khi khung chỉ chịu đợc phần tải trọng thẳng đứng tơng ứng với diện tích truyền tải đến nó, còn toàn bộ tải trọng ngang và một phần tải trọng thẳng đứng do các kết cấu cơ bản khác chịu (lõi, tờng, hộp ) Trong sơ

đồ này tất cả các nút khung đều có cấu tạo khớp hoặc tất cả các cột đều

có độ cứng chống uốn bé vô cùng

+ Sơ đồ khung giằng

Khi khung cùng tham gia chịu tải trọng thẳng đứng và ngang với các kết cấu chịu lực cơ bản khác Trong trờng hợp này khung có liên kết cứng tại các nút (khung cứng)

I.3 Các bớc tính toán, thiết kế nhà cao tầng

• Lập mặt bằng kết cấu, đặt tên cho các cấu kiện và tiến hành lựa chọn sơ bộ kích thớc các cấu kiện

• Lựa chọn và lập sơ đồ tính cho các cấu kiện chịu lực: khung phẳng hay khung không gian (phụ thuộc và mặt bằng kết cấu công trình)

• Xác định tải trọng tác dụng lên công trình

o Xác định các loại tải trọng:

o Thống kê nội lực và tổ hợp nội lực, tìm nội lực nguy hiểm nhất

 Chọn và ấn định các cặp nội lực tính toán cho từng loại phần từ

• Thiết kế các cấu kiện của khung

I.4 Các công thức tính toán – thiết kế cho các cấu kiện cột, dầm, sàn

I.4.1 Sơ bộ lựa chọn kích thớc tiết diện các cấu kiện

I.4.1.1 Xác định chiều dày của bản

Xác định chính xác chiều dày sàn có ý nghĩa rất quan trọng, vì chỉ thay đổi chiều dày của bản một vài centimetres thì khối lợng bêtông (BT) của toàn bộ bản sàn cũng thay đổi một lợng đáng kể (đơng nhiên khối lợng

BT toàn công trình sẽ tăng / giảm rất nhiều) Và do đó chiều dày của bản sàn hb đợc xác định theo công thức sau:

Với sàn kê lên dầm:

hb đợc chọn theo công thức sau:

L m

Chọn m bé với bản đơn kê tự do và m lớn với bản liên tục

Chọn hb là một số nguyên theo cm để dễ thi công, đồng thời còn phải thỏa mãn theo điều kiện cấu tạo: hb ≥ hmin Với nhà mái bằng: hmin = 5cm; sàn nhà dân dụng: hmin = 6cm; sàn nhà công nghiệp: hmin = 7cm

I.4.1.2 Xác định kích thớc tiết diện dầm:

Chiều cao tiết diện dầm đợc xác định theo công thức:

d d

I.4.1.3 Xác định kích thớc tiết diện cột

Diện tích tiết diện cột đợc xác định theo công thức:

n yc

R

N k

Trong đó:

k = (0,9 ữ 1,1) : đối với cột chịu nén đúng tâm

k = (1,2 ữ 1,5) : đối với cột chịu nén lệch tâm

Rn : cờng độ chịu nén tính toán của hệ thống

N : lực dọc tính toán tác dụng lên cột

n S q

Trong đó:

q : tải trọng phân bố đều theo diện tích của một tầng

S : diện tích chịu tải cho một cột ở tầng một

n : số tầng kể từ móng

I.4.2 Lý thuyết tính toán và dồn tải trọng về khung

Dầm của sàn có bản kê bốn cạnh (Hình 1)

Tải trọng từ bản truyền cho dầm xác định gần đúng bằng cách phân chia theo tiết diện truyền tải Từ các góc bản kẻ các đờng phân giác và nối các giao điểm lại sẽ đợc những hình tam giác và hình thang.

Đó là những diện tích truyền tải Nh vậy, tải trọng từ bản truyền lên dầm theo phơng cạnh ngắn có dạng tam giác và theo phơng cạnh dài có dạng hình thang Trị số lớn nhất của tải trọng: qd = q.l1 (l1 là cạnh bé của ô sàn) Ngoài ra còn có tải trọng tĩnh phân bố đều do trọng lợng bản thân dầm go

Khi tính nội lực của dầm theo sơ đồ khớp dẻo lấy nhịp tính toán l bằng khoảng cách giữa mép các cột Để đơn giản có thể lấy nhịp tính toán l bằng khoảng cách giữa các mép dầm (sẽ tăng lên chút ít), còn với nhịp biên lấy l bằng khoảng cách từ mép dầm đến tâm gối tựa trên tờng

Mômen uốn trong dầm liên tục khi tính có kể đến biến dạng dẻo xác

, 0

2

l g M

, 0

2

l g M

0 l

=

βKhi tính nội lực theo sơ đồ đàn hồi có thể dùng các bảng lập sẵn với sơ đồ tải trọng đã cho Cũng có thể biến đổi tải trọng phân bố theo tam giác và hình thang thành tải trọng phân bố đều tơng đơng qtd để tính toán hoặc tra bảng các Mômen ở gối tựa, sau đó dùng quy tắc của cơ học kết cấu để thành lập biểu đồ Mômen cho toàn dầm

- Với tải trọng tam giác:

I.4.3 Tính toán và thiết kế cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ nhật

Trớc hết cần phân biệt hai trờng hợp đặt cốt thép:

- Trờng hợp đặt cốt thép đơn: khi chỉ có F a đặt trong vùng chịu kéo

và '

a

F đặt theo cấu tạo trong vùng chịu nén

- Trờng hợp đặt cốt kép: khi có F a đặt trong vùng chịu kéo và '

a) Sơ đồ ứng suất:

- Lấy trờng hợp phá hoại thứ nhất (phá hoại dẻo) làm cơ sở để tính toán Sơ đồ ứng suất dùng để tính toán tiết diện theo trạng thái giới hạn lấy nh sau:

+ ứng suất trong cốt thép chịu kéo Fa đạt tới cờng độ chịu kéo tính toán Ra

+ ứng suất trong vùng bêtông chịu nén đạt tới cờng độ chịu nén tính toán Rn

- Sơ đồ ứng suất có dạng hình chữ nhật, vùng BT chịu kéo không

R

Vậy (2.8) và (2.10) là các công thức cơ bản để tính kết cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn

R : Cờng độ chịu kéo tính toán của cốt thép

x : Chiều cao của vùng bê tông chịu nén

b : Bề rộng tiết diện

h o :Chiều cao làm việc của tiết diện

h : Chiều cao của tiết diện

a : Chiều dày lớp bảo vệ

F a : Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo

c) Điều kiện hạn chế:

- Để đảm bảo không xảy ra phá hoại dẻo thì cốt thép Fa không đợc quá nhiều, khi đó cần phải hạn chế Fa và tơng ứng với nó là hạn chế chiều cao vùng nén x Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng trờng hợp phá hoại dẻo xảy ra khi:

o

o h

- Giá trị αo phụ thuộc vào mác bê tông và nhóm cốt thép, biến thiên trong

khoảng (0,3 ữ 0,6) và đợc lấy theo phụ lục 6 (Giáo trình “Kết cấu BTCT 1”)

Thay (2.11) vào (2.8) ta có:

an a

n o a

n

R

x b R R

x b R

Gọi

a

n o

R

R

α

à max =

- Tuy nhiên nếu cốt thép quá ít sẽ xảy ra sự phá hoại đột ngột (phá hoại giòn) ngay sau khi bê tông bị nứt (lực kéo do cốt thép chịu) Để tránh điều

đó phải đảm bảo điều kiện : à ≥ à min

- Giá trị àmin đợc xác định từ điều kiện khả năng chịu mômen của dầm bê tông cốt thép không nhỏ hơn khả năng chịu mômen của dầm bê tông không có cốt thép Thông thờng lấy àmin = 0,5%

d) Tính toán tiết diện:

- Có thể sử dụng các công thứ cơ bản (2.8) và (2.10) để tính toán cốt thép, tính tiết diện bê tông hay tính khả năng chịu lực M gh của tiết diện Tuy vậy

để tiện cho tính toán bằng công cụ thô sơ, ngời ta thờng biến đổi số và thành lập các bảng tính nh sau:

a F R bh

) 5 , 0 1 (

2 α − α

≤R n bh o

) 5 , 0 1 ( − α

- Điều kiện hạn chế có thể viết thành: x≤ αo h o ⇔ A≤ A o = αo( 1 − 0 , 5 αo)

- Trong quá trình thiết kế thờng gặp phải bài toán sau:

 Bài toán tính cốt thép:

Biết Mômen M; kích thớc tiết diện bìh; mác bê tông và nhóm cốt thép Yêu cầu tính F a

Căn cứ vào mác bê tông và nhóm cốt thép, tra bảng ra R n,R a,αo (có thể tra

ra hệ số Ao) Tính h o =h−a, trong đó a đợc giả thiết: a= (1,5 ữ 2) cm đối với bản có chiều dày (6 ữ 12) cm; a= (3 ữ 6) cm (hoặc lớn hơn) đối với dầm

Đây là bài toán với 2 phơng trình (lấy từ 2 công thức cơ bản (2.8) và (2.10))

và hai ẩn số là x và F a từ hai phơng trình đó Nếu dùng các bảng lập sẵn

để tính thì từ (2.14) tính:

2

. o

n b h R

h R

M F

γ

+ Nếu A>A o thì phải tăng kích thớc tiết diện, tăng mác bê tông để đảm bảo

điều kiện hạn chế A≤A o Cũng có thể đặt cốt thép vào vùng nén để giảm

A

 Bài toán kiểm tra cờng độ:

Biết kích thớc tiết diện, F a, mác bê tông và nhóm thép Yêu cầu tính khả năng chịu lực (Tính M gh theo công thức (2.9))

Đây là bài toán hai phơng trình với hai ẩn số x và M gh Có thể giải trực tiếp từ (2.8) và (2.9) Nếu sử dụng bảng thì từ (2.12) tính toán nh sau:

+ Nếu α ≤ αo thì tra bảng ra A và tính đợc:

o n

a a

h b R

F R

.

gh AR bh

+ Nếu α = αo tức là cốt thép quá nhiều,bê tông vùng chịu nén bị phá hoại

tr-ớc Khả năng chịu lực M gh đợc tính theo cờng độ của vùng bê tông chịu nén, khi đó ta có:

o

α

α = hay A= A o và 2

o n

gh AR bh

I.4.3.2 Cấu kiện có tiết diện chữ nhật đặt cốt kép (Hình 3)

b Fa

Trong khi tính toán cốt đơn, nếu o

o n

A h b R

M

. , tức là điều kiện hạn chế (2.11) không đợc đảm bảo thì có thể đặt cốt thép chịu kéo F a vào vùng chịu nén Trong tiết diện vừa có cốt thép chịu kéo, vừa có cốt thép chịu nén, F a ’gọi là tiết diện đặt cốt kép Tuy vậy không đặt quá nhiều cốt thép F a' vì lý do kinh tế Thông thờng khi A> 0 , 5 thì nên tăng kích thớc tiết diện hoặc tăng mác bê tông cho A≤ 0 , 5 rồi mới tính cốt thép chịu nén

a) Sơ đồ ứng suất:

Sơ đồ ứng suất đợc thể hiện trong hình vẽ 4.7 (Giáo trình “BTCT1”) Nội dung chính của nó là sơ đồ ứng suất trong cốt thép chịu kéo F a đạt tới cờng độ tính toán R a và ứng suất trong cốt thép chịu nén đạt tới cờng độ chịu nén tính toán R a’, ứng suất trong bê tông chịu nén đạt tới cờng độ chịu nén tính toán R n và sơ đồ phân bố ứng suất trong vùng bê tông chịu nén lấy là hình chữ nhật Cờng độ chịu nén tính toán R a ’lấy ra nh sau: Khi

a n

a

) 2 (h x bx

R

- Điều kiện cờng độ sẽ nh sau:

' ' ) 2

n bx h x R F R

a o n a

) ' ( ' '

2 R F h a bxh

AR

d) Tính toán tiết diện:

a Bài toán tính cốt thép F a và F a' (Biết các yếu tố khác: M,b,h,R n,R a)+ Đầu tiên phải kiểm tra sự cần thiết đặt cốt kép:

5 , 0 2 ≤

=

≤

o n o

h b R

M A

+ Hai phơng trình (2.22) và (2.23) có thể chứa 3 ẩn số là α,F a ,F a' vì vậy phải chọn trớc giá trị của một ẩn số để tính hai ẩn còn lại Để lợi dụng hết khả năng chịu nén của bê tông, ta có thể chọn α = αo hoặc A=A o Thay vào (2.23) ta đợc:

) (

' '

2

a h R

bh R A M F

o a

o n o a

o o

R

R R

bh

(2.28)

b Bài toán kiểm tra cờng độ: Biết b,h,F a,F a',R n,R a,R a’ Tính M gh

- Bài toán chỉ có hai ẩn số là α và M gh với hai phơng trình cơ bản Từ (2.22) rút ra:

o n

a a a a

h b R

F R F R

.

' '

−

=

- Có thể xảy ra các trờng hợp sau:

+ Nếu α ≥ αo thì lấy α = αo hoặc A=A o để tính M gh

) ( ' '

bh R A

bh R A

I.4.3.3 Tính toán cờng độ trên tiết diện nghiêng

a) Sự phá hoại theo tiết diện nghiêng:

ở những đoạn dầm có lực cắt lớn, ứng suất pháp do mômen và ứng suât tiếp do lực cắt sẽ gây ra những ứng suất kéo chính nghiêng với trục dầm một góc α nào đó và có thể làm xuất hiện những vết nứt nghiêng Các cốt thép dọc, cốt đai và cốt xiên đi qua khe nứt nghiêng sẽ chống lại sự phá hoại theo tiết diện nghiêng Cũng có thể hiểu sự phá hoại này nh sau: Trên tiết diện nghiêng có sự tác dụng của mômen uốn và lực cắt Mômen uốn có

xu hớng làm quay hai phần dầm theo phơng vuông góc với trục dầm

Cốt dọc, cốt đai và cốt xiên có tác dụng chống lại sự tách hai phần dầm đó (do lực cắt), cốt dọc cũng có tác dụng chịu lực cắt (chống lại sự tách) nhng ngời ta không kể đến trong tính toán vì cốt dọc đặt vuông góc với phơng của lực cắt đó Sự phá hoại trên tiết diện nghiêng có liên quan

đến mômen và lực cắt Nhng cho đến nay, trong thiết kế vẫn tách riêng việc tính cốt đai, cốt xiên theo lực cắt với việc tính cờng độ trên tiết diện nghiêng theo mômen

b) Các điều kiện khống chế khi tính lực cắt:

- Khi bê tông đã đủ khả năng chịu lực cắt, thể hiện bằng điều kiện:

o

k bh R K

- Thì không cần tính toán mà chỉ cần đặt cốt đai, cốt xiên theo cấu tạo

Trong (2.32) và (2.33): bìh o là kích thớc của tiết diện vuông góc tại điểm

đầu của khe nứt nghiêng với b là bề rộng của tiết diện hình chữ nhật, bề

rộng sờn của tiết diện hình chữ I và chữ T Khi không thỏa mãn điều kiện (2.33) thì phải tăng kích thớc tiết diện hoặc tăng mác bê tông

c) Điều kiện c ờng độ trên tiết diện nghiêng:

- Dựa vào sơ đồ tính toán trên hình 4.12 ta có thể viết đợc điều kiện cờng

độ nh sau:

α

Sin F R F

R

Q

x x ad d

d ad a

Q : lực cắt tính toán tại tiết diện đi qua điểm đầu của khe nứt nghiêng

M : mômen tính toán tại tiết diện đi qua điêm cuối của khe nứt nghiêng

ad

R : cờng độ tính toán của cốt đai và xiên khi tính toán trên tiết diện nghiêng

2 2

Với C là hình chiếu của tiết diện lên phơng trục dầm

Dùng điều kiện cờng độ (2.34) để tính toán cốt đai và cốt xiên Còn điều kiện (2.35) sẽ đợc thỏa mãn bằng một số biện pháp cấu tạo và tính toán bổ xung

d) Tính toán cốt đai khi không đặt cốt xiên:

d1 Tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất:

- Khi không có cốt xiên, điều kiện cờng độ (2.34) sẽ nh sau:

C q C

h b R

Trong đó:

a ad d ad

u

F R

d ad

.

=

∑

Gọi q C

C

h b R

d o k db

q

h b R C

q C

h b R C

d

Q

) (

) (

2

2

=

→ +

−

- Khả năng chịu lực của tiết diện nghiêng yếu nhất:

d o k

d2 Tính khoảng cách giữa các cốt đai

Cốt đai trong dầm đợc xác định bởi ba đại lợng: đờng kính, số nhánh

và khoảng cách giữa các nhánh u Ngời ta thờng căn cứ vào độ lớn của dầm để giả thiết trớc đờng kính của cốt thép và số nhánh rồi tính khoảng cách u theo lực cắt Q Điều kiện đảm bảo cờng độ trên tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất là:

2 0

2

.

8R b h

Q q

Q Q

k d

d ad

u u

h b R

max

2

0 2

.

Để tăng mức độ an toàn, tiêu chuẩn thiết kế quy định: u≤umax

Khoảng cách cấu tạo của cốt đai Cốt đai có thể đặt với khoảng cách đều trên toàn dầm Để tiết kiệm, ở đoạn dầm có lực cắt nhỏ (ví dụ: Với dầm đơn

giản chịu lực phân bố đều, vùng giữa dầm có lực cắt bé) có thể đặt tha hơn Tiêu chuẩn thiết kế quy định khoảng cách cốt đai phải nhỏ hơn khoảng cách cấu tạo:

Trên đoạn dầm gần gối tựa (lực cắt lớn):

Khi chiều cao dầm h≤450cm: u

mm u

h

ct

150

2 1

≤

Khi chiều cao dầm h≥450cm: u

mm u

h

ct

300

3 1

≤

Trên đoạn giữa dầm:

Khi chiều cao dầm h>300 cm: u

mm u

h

ct

500

4 3

≤

Đoạn dầm gần gối tựa lấy bằng 41 nhịp khi dầm chịu tải trọng phân bố

đều lấy bằng khoảng cách từ gối đến lực tập trung đầu tiên (nhng không bé hơn 21 nhịp dầm) khi dầm chịu lực tập trung.

- Khoảng cách thiết kế của cốt đai: Sau khi tính đợc khoảng cách của cốt đai u, khoảng cách thiết kế của cốt đai phải lấy nhỏ hơn hoặc bằng giá trị nhỏ nhất trong các giá trị đã tính đợc ở trên Tức là:

u ≤ (u tt, u ct , u max ) (2.44)

Đồng thời khoảng cách cốt đai cũng cần lấy chẵn đến đơn vị cm cho dễ thi công

I.4.4 Cấu kiện chịu nén

I.4.4.1 Cấu kiện chịu nén đúng tâm chữ nhật

Tiết diện cốt thép của cột chịu nén đúng tâm:

N

Trong đó:

N: Lực dọc

Rn: Cờng độ chịu nén của bê tông

Rn: Cờng độ chịu kéo của thép

Fb: Diện tích tiết diện ngang của cột

ϕ: Hệ số uốn dọc (Tra bảng)

Kiểm tra hàm lợng cốt thép 0,4≤ à ≤3,5%

I.4.4.2 Cấu kiện chịu nén lệch tâm chữ nhật

S l

Trong đó:

S: Hệ số kể đến độ lệch tâm

Khi e0<0,05h lấy S = 0,84

Khi 0,05h < e0 < 5h lấy

h e

S

0

1 , 0

11 , 0

1

h N M

h N M

+

+ +

=

Nếu không tách riêng Mdh, Ndh, thì lấy Kdh=2

Nếu Mdh ngợc dấu với M thì Mdh lấy dấu âm Nếu Kdh<1 thì lấy Kdh = 1.

Mdh, Ndh là Mômen và lực dọc do tải trọng dài hạn gây ra

Ea, Eb: Modul đàn hồi của thép và bê tông

Ja: là Mômen quán tính của thép: Ja= àt.b.ho.(0,5.h – a)2

Giả thiết: àt = 0,8 ữ1,2% (Hàm lợng thép tổng thể)

Xác định độ lệch tâm tính toán:

a

h e

2 0

η

a

h e

2 ' η 0Xác định trờng hợp lệch tâm:

b R

N x

n*

=Nếu x < α 0.h0 thì xảy ra lệch tâm lớn

Nếu x ≥ α0.h0 thì xảy ra lệch tâm bé

Giá trị α 0 phụ thuộc vào mác bê tông và nhóm thép

a) Tính toán cốt thép dọc

Với trờng hợp lệch tâm lớn (x < α0.h0)

Nếu x> 2.a ’

) ' '.(

2

1

'

0

0

a h R

x h e N F F

a a

e N F

F

a a

a = = −

→Kiểm tra hàm lợng à min ≤ à ≤ à max với à min = 3,5%; à max = 0,4%

à =

o

a a

h b

F F

4 , 1 2

1 8 ,

2

'

0

0

a h R

x h b R e N F F

a

x n a

b) Cấu tạo cốt thép:

Cốt dọc chịu lực có đờng kính từ 12 đến 40mm Khi cạnh tiết diện lớn hơn 20 cm thì nên dùng cốt thép có đờng kính tối thiểu là 16mm

Trong cấu kiện chịu nén đúng tâm, cốt dọc thờng đặt đối xứng với hai trục đối xứng của tiết diện Gọi Fat là tổng diện tích cốt thép dọc, Fb là diện

tích tiết diện ngang của cấu kiện và

àmin đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm là nh sau:

cấu tạo trên cạnh h Đờng kính của cốt này không nhỏ hơn 12 mm và khoảng cách giữa chúng phải nhỏ hơn 40 cm.

Cốt thép đai trong cấu kiện chịu nén có tác dụng giữ ổn định cho cốt dọc chịu nén không sai lệch vị trí khi thi công và khi chịu lực Và cốt đai cũng có tác dụng chịu lực cắt Ngời ta chỉ tính cốt đai khi cấu kiện phải chịu lực

II Thiết kế chung c C16 Khu đô thị trung yên

II.1 Tìm hiểu kiến trúc công trình

I.1.1 Kiến trúc công trình

I.1.1.1 Giải pháp mặt bằng

Công trình gồm 10 tầng và tầng tum

Tầng 1 gồm nhà để xe, sảnh dẫn lối vào, các phòng làm việc và quản

lý, các phòng giao dịch, phòng bán hàng, kho và máy bơm

Tầng 2 bao gồm 2 khu vực, khu vực ở và khu vực vui chơi, giải trí Khu vực nhà ở gồm 6 căn hộ; mỗi căn hộ gồm 1 phòng khách, 2 phòng ngủ, phòng vệ sinh và phòng ăn và bếp nấu Khu vực giải trí là một không gian rộng có thể chơi các môn thể thao trong nhà

Tầng 3 đến tầng 5 là các phòng ở giống nh khu vực ở của tầng 2 Giao thông giữa các tầng gồm 2 cầu thang bộ và 2 cầu thang máy

Tầng 6 đến tầng 10 là các tầng dùng để ở, mỗi tầng gồm 4 căn hộ, mỗi căn hộ có 1 phòng khách, 3 phòng ngủ, phòng vệ sinh và phòng ăn và bếp nấu

Tầng tum là tầng dùng để chống nóng, cách nhiệt và khoang kỹ thuật của cầu thang máy, bể chứa nớc

Tầng mái bằng bêtông cốt thép có lợp ngói để tạo khối kiến trúc

I.1.1.2 Giải pháp mặt đứng

Mặt đứng thể hiện phần kiến trúc bên ngoài của công trình, góp phần

để tạo thành quần thể kiến trúc, quyết định đến nhịp điệu kiến trúc của toàn bộ khu vực kiến trúc

Nhà C16 gồm 2 mặt đứng giáp với các đờng giao thông trong khu chung c, 2 mặt còn lại giáp với các nhà C17 và C18 Mặt đứng công trình đ-

ợc trang trí bởi các ô cửa kính tạo cảm giác thoáng mát, cùng với các ban công và cột để tạo khối kiến trúc, cùng với nhà C17 tạo thành khoảng không gian kiến trúc rộng lớn, cảm giác thoải mái đối với ngời ở

I.1.1.3 Giải pháp kết cấu

Công trình có kết cấu khung chịu lực, tờng xây bao che dày 220mm, tờng ngăn dày 110mm Sàn sờn toàn khối, với 2 lõi cầu thang máy

Công trình gồm 2 đơn nguyên, một đơn nguyên chính 12 tầng, chiều cao mỗi tầng là 3,6m; cốt ±000 cao hơn 1m so với mặt đất thiên nhiên; kích thớc các lới cột là 6,4m ì6,4m Kích thớc tiết diện cột của đơn nguyên chính là 70x70cm đối với tầng 1 đên tầng 4, 60ì60cm đối với các tầng 5

đến tầng 8, các tầng từ tầng 9 đến tầng 12 có tiết diện cột là 50x50cm Có hành lang thông suốt giữa các phòng và 2 cầu thang

Đơn nguyên phụ gồm 2 tầng, kết cấu khung chịu lực, sàn sờn toàn khối Đợc ngăn cách bởi đơn nguyên chính bằng khe lún Kích thớc lới cột

là 6,4ì6,4m Trên có làm giàn trang trí, cốt ±000 cao hơn 1m so với mặt

đất thiên nhiên chiều cao mỗi tầng là 3,6m; kích thớc tiết diện cột là

30ì30cm, có 1 cầu thang bộ thông giữa 2 tầng, giữa các phòng thông nhau bằng hành lang có ban công

+ Thiết kế cầu thang bộ

+ Thiết kế cốt thép cho khung trục B

+ Thiết kế móng cho khung trục B

II.2 Thiết kế kết cấu công trình

Mặt bằng kết cấu

II.2.1 Cơ sở tính toán kết cấu

- Giải pháp kiến trúc

- Tiêu chuẩn về tải trọng và tác động TCVN2737-1995

- Kiến thức của môn cơ học kết cấu

- Căn cứ vào các tiêu chuẩn, chỉ dẫn, tài liệu đợc ban hành

- Căn cứ vào cấu tạo bê tông cốt thép và các vật liệu

- Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép TCVN5574-1991

II.2.2 Chọn vật liệu cho các kết cấu

Sàn : Bê tông mác 300# có Rn = 130 kG/cm2

Thép chịu lực và cấu tạo : AI có Ra = 2300 kG/cm2

Dầm và cột: Bê tông mác 300# có Rn = 130 kG/cm2

Thép chịu lực AII có Ra = Ra ’= 2800 kG/cm2

Thép cấu tạo AI có Rad = 1800 kG/cm2

II.2.3 Chọn sơ bộ kích thớc tiết diện các cấu kiện

D=(0.81.4) phụ thuộc vào tải trọng, đối với nhà cao tầng tải trọng lớn nên ta lấy D=1

m = (4045) ta lấy m=45; l = 6.4 m là nhịp ô bản

hb = 1

6,4

45ì = 0.142 (m) = 14,2 (cm)Vậy ta chọn chiều dày của bản là : hb =14 cm

II.2.3.2 Chọn bề dầy vách

Thông thờng chiều dày tối thiểu của vách nằm trong phạm vi là từ 1214cm do điều kiện thi công đổ bê tông ở hiện trờng bắt buộc

Chiều dày tối thiểu của lõi : t ≥ ht /20

Trong đó: ht chiều cao thông thủy của tầng nhà

Vậy ta có : t ≥ 3,6 / 20 = 0,18m = 18cm, Chọn chiều dày của lõi là 22cm