kết cấu thiết kế thi công công trình xây dựng chung cư cao tầng

trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân Phần II: kết cấu (45%) Giáo viên hớng dẫn Sinh viên thực : chu tiến dũng : nguyễn văn tới Lớp : 49xd3 MSSV : 6471.49 Nhiệm vụ thiết kế: - Chọn giải pháp kết cấu tổng thể công trình - Lập mặt kết cấu - Xác định tải trọng tác dụng lên công trình - Xác định nội lực tổ hợp nội lực cấu kiện - Thiết kế khung - Thiết kế sàn tầng điển hình - Thiết kế cầu thang - Thiết kế móng Các vẽ kèm theo: 1 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân A Phân tích chọn lựa ph ơng án kết cấu cho công trình: I Các giải pháp kết cấu thờng dùng cho nhà cao tầng: Giải pháp vật liệu: Hiện Việt Nam, vật liệu dùng cho kết cấu nhà cao tầng thờng sử dụng bêtông cốt thép thép (bêtông cốt cứng) - Công trình thép với thiết kế dạng bêtông cốt cứng bắt đầu đơc xây dựng nớc ta Đặc điểm kết cấu thép cờng độ vật liệu lớn dẫn đến kích thớc tiết diện nhỏ mà đảm bảo khả chịu lực Kết cấu thép có tính đàn hồi cao, khả chịu biến dạng lớn nên thích hợp cho việc thiết kế công trình cao tầng chịu tải trọng ngang lớn Tuy nhiên dùng kết cấu thép cho nhà cao tầng việc đảm bảo thi công tốt mối nối khó khăn, mặt khác giá thành công trình thép thờng cao mà chi phí cho việc bảo quản cấu kiện công trình vào sử dụng tốn kém, đặc biệt với môi trờng khí hậu Việt Nam, công trình thép bền với nhiệt độ, xảy hoả hoạn cháy nổ công trình thép dễ chảy dẻo dẫn đến sụp đổ không độ cứng để chống đỡ công trình Kết cấu nhà cao tầng thép thực phát huy hiệu cần không gian sử dụng lớn, chiều cao nhà lớn (nhà siêu cao tầng), kết cấu nhịp lớn nh nhà thi đấu, mái sân vận động, nhà hát, viện bảo tàng (nhóm công trình công cộng) - Bêtông cốt thép loại vật liệu đợc sử dụng cho công trình xây dựng giới Kết cấu bêtông cốt thép khắc phục đợc số nhợc điểm kết cấu thép nh thi công đơn giản hơn, vật liệu rẻ hơn, bền với môi trờng nhiệt độ, tận dụng đợc tính chịu nén tốt bêtông tính chịu kéo cốt thép nhờ làm việc chung chúng Tuy nhiên vật liệu bêtông cốt thép đòi hỏi kích thớc cấu kiện lớn, tải trọng thân công trình tăng nhanh theo chiều cao khiến cho việc lựa chọn giải pháp kết cấu để xử lý phức tạp Do kết cấu bêtông cốt thép thờng phù hợp với công trình dới 30 tầng Giải pháp hệ kết cấu chịu lực : Hiện nay, hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng có hệ sau: a Hệ kết cấu khung chịu lực : - Hệ khung thông thờng bao gồm dầm ngang nối với cột dọc thẳng đứng nút cứng Khung bao gồm tờng tờng nhà Kết cấu chịu tải trọng ngang kém, tính liên tục khung cứng phụ thuộc vào độ bền độ cứng liên kết nút chịu uốn, liên kết không đợc phép có 2 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân biến dạng góc Khả chịu lực khung phụ thuộc nhiều vào khả chịu lực dầm cột - Việc thiết kế tính toán sơ đồ có nhiều kinh nghiệm, việc thi công tơng đối thuận tiện thi công nhiều công trình, vật liệu công nghệ dễ kiếm nên chắn đảm bảo tính xác chất lợng công trình - Hệ kết cấu thích hợp với công trình đòi hỏi linh hoạt công mặt bằng, công trình nh khách sạn Nhng có nhợc điểm kết cấu dầm sàn thờng dày nên không chiều cao tầng nhà thờng phải lớn - Sơ đồ khung có nút cứng bêtông cốt thép thờng áp dụng cho công trình dới 20 tầng với thiết kế kháng chấn cấp 7; 15 tầng với kháng chấn cấp 8; 10 tầng với kháng chấn cấp b Hệ kết cấu khung + vách (lõi) : - Đây kết cấu phát triển thêm từ kết cấu khung dới dạng tổ hợp kết cấu khung vách (lõi) cứng Vách (lõi) cứng làm bêtông cốt thép Chúng dạng lõi kín vách hở thờng bố trí khu vực thang máy thang Hệ thống khung bố trí khu vực lại Hai hệ thống khung vách (lõi) đợc liên kết với qua hệ thống sàn Trong trờng hợp này, hệ sàn liền khối có ý nghĩa lớn - Hệ thống kết cấu thờng có loại sơ đồ kết cấu sơ đồ giằng sơ đồ khung giằng Trong sơ đồ giằng, hệ thống vách (lõi) đóng vai trò chủ yếu chịu tải trọng ngang, hệ khung chủ yếu chịu tải trọng đứng Sự phân chia rõ chức tạo điều kiện để tối u hoá cấu kiện, giảm bớt kích thớc cột dầm, đáp ứng yêu cầu kiến trúc Trong sơ đồ kết cấu khung-giằng, tải trọng ngang công trình hệ khung lõi chịu, thông thờng hình dạng cấu tạo nên vách (lõi) có độ cứng lớn nên trở thành nhân tố chiụ lực ngang lớn công trình nhà cao tầng Sơ đồ khung giằng tỏ hệ kết cấu tối u cho nhiều loại công trình cao tầng Loại kết cấu sử dụng hiệu cho nhà đến 40 tầng Hiện làm nhiều công trình có hệ kết cấu nh khu đô thị Láng Hoà Lạc, Định Công, Linh Đàm, Đền Lừ Do khả thiết kế, thi công chắn đảm bảo II Chọn hệ kết cấu chịu lực: Trên sở đề xuất phơng án vật liệu hệ kết cấu chịu lực nh trên, với quy mô công trình gồm 19 tầng thân, tổng chiều cao khoảng 66 m, phơng án kết cấu tổng thể công trình đợc lựa chon nh sau: 3 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - Về vật liệu: chọn vật liệu bêtông cốt thép sử dụng cho toàn công trình Dùng bê tông B25 (Rb = 14,5MPa; Rbt=1,05MPa) cho kết cấu chịu lực thông thờng Cốt thép chịu lực 12 chọn nhóm AIII (Rs =Rsc= 360MPa), = 0,05(%) bh0 450.195 * Tính toán cốt thép theo phơng dọc: Momen uốn tiết diện II-II là: M II = rII ( P2 + P3 ) 111 111 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân Trong đó: rII = 0,75(m): khoảng cách từ mép cột đến cọc số số P2 = P3 = 397,8(T) M II = 0,75.( 397,8 + 397,8) = 596,7(Tm) Cốt thép theo yêu cầu: FaII = M II 596,7 = = 0,0094(m ) = 94(cm ) 0,9.h0 Ra 0,9.1,95.36000 Đặt 2025, a = 220 có Fa = 98,2 (cm2) à= Fa 98,2 = 100% = 0,12(%) > = 0,05(%) bh0 450.195 III Tính móng cột trục B,D khung Do trục B trục D gần (cách 2,4m) nên ta bố trí đài móng hai cột trục B D chung * Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực để tính toán là: - Cột trục B: M = -171,5(Tm); N = -1179(T); Q = -26,74(T) - Cột trục D: M = -170,13(Tm); N = -1311,79(T); Q = -26,8(T) Vậy: tải trọng mà đài móng phải chịu là: N = -1179 1311,79 = -2490,79(T) M = -171,5 170,13 = -341,63(T) Q = -26,74 -26,8 = -53,54(T) Sơ chọn cọc đài cọc: Đờng kính cọc tròn đợc chọn phụ thuộc vào khả chịu lực Chọn đờng kính cọc D = 1,2 (m) Số lợng cốt thép đặt theo cấu tạo 2718 có Fa = 68,715 (cm2) 112 112 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân Chiều sâu chôn đài hđ = m Chiều dài cọc 35,05m kể từ đáy đài, phần cọc ngàm vào lớp đất sỏi 2d =2,4 m Kiểm tra chiều sâu chôn đài: Chiều sâu chôn đài tính từ đáy đài đến mặt đài phải thoả mãn điều kiện: hđ > 0,7hmin (hmin: chiều cao tối thiểu đài để tổng lực ngang tác dụng vào đài đợc tiếp thu hết phần đất đối diện, cọc chủ yếu chịu tải trọng đứng) hmin = tg (45 o H ) b Trong đó: , : góc ma sát trọng lợng tự nhiên đất từ đáy đài trở lên ( = 24o , = 1,95 T/m3) H : tổng tải trọng ngang b: cạnh đáy đài vuông góc với H (b = 5,3m) Từ kết nội lực ta có Qchân cột = -53,54(T) H = -53,54(T) 24 o 53,54 h = tg (45o ) = 1,48(m) 1,95.5,3 Chọn chiều sâu chôn đài chiều cao đài: hđ = m > 0,7 hmin = 0,7.1,48 = 1,04(m) Xác định sức chịu tải cọc: a Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc: Pvl = 796,1(T) b Xác định sức chịu tải cọc theo đất nền: Pđn = 648(T) Vậy sức chịu tải cho phép cọc: P = (Pvl, Pđn) = (796,1; 648) = 648(T) Xác định số lợng cọc bố trí cọc: a Chọn số lợng cọc: n= N P Trong đó: n: số lợng cọc đài 113 113 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân : hệ số kinh nghiệm, kể đến ảnh hởng lực ngang mômen ( = 1,1) N: tổng lực đứng kể đến cao trình đáy đài (dự kiến kích thớc đài là: 5300x8000x2000mm) N = N0 + Gđài + Gđất = 2490,79 + 5,3 2,5 = 2702,79(T) P: sức chịu tải cho phép cúa cọc (P = 648T) n = 1,1 2702,79 = 4,6(coc ) 648 Chọn n = cọc b Bố trí cọc: Mặt bố trí cọc nh hình vẽ: Kích thớc đài: 8x5,3x2m Khoảng cách cọc: 3,6m Khoảng cách từ mép cọc tới mép đài: 0,25m 114 114 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân Tính toán kiểm tra tổng thể móng cọc: a Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc: Ntt= N + 1,1..hđ.Fđ = 2490,79 + 1,1.2,5.5,3.8.2 = 2724(T) Mtt = M + Q.hđ = 341,63 + 53,54.2 = 448,71(Tm) * Tải trọng tác dụng lên cọc xác định theo công thức: Pmax Pmin n N M x y max = + n yi k N M x y max = n yi Trong đó: ynmax = 3,15m ykmax = 3,15m yi2 = 4.3,152 = 39,69 Pmax = 2724 448,71.3,15 + = 580 ,4(T ) 39,69 Pmax = 2724 448,71.3,15 = 509,2(T ) 39,69 Ta thấy: Pmax = 580,4(T) < [P] = 648(T) Pmin = 509,2(T) > không cần kiểm tra điều kiện cọc chịu nhổ Vậy cọc đảm bảo khả chịu lực * Tải trọng truyền lên cọc (không kể đến trọng lợng thân cọc lớp đất phủ từ đáy đài trở lên): P1 = P5 = 509,2 (T) P2 = P4 = 580,4 (T) P3 = 544,8 (T) b Kiểm tra cờng độ đất nền: Để kiểm tra cờng độ đất mũi cọc, ngời ta coi đài cọc, cọc phần đất cọc khối móng quy ớc * Xác định khối móng quy ớc: 115 115 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - Chiều cao khối móng quy ớc đợc tính từ mũi cọc đến mặt đất (do có tầng hầm nên chiều cao chiều cao tới mặt đài): Hq = 37,05(m) - Góc mở: tb = i li li = 0,85 24 + 4,8.16 + 8.18 + 10,4.30 + 8,6.35 + 2,4.38 = 26,97 0,85 + 4,8 + + 10,4 + 8,6 + 2,4 = tb 26,97 = = 6,74 4 Góc mở: - Chiều dài khối móng quy ớc: B = B + Ltg = (8 2.0,25) + 2.35,05.tg 6,74 = 15,78(m) - Chiều rộng khối móng quy ớc: A = A + Ltg = (5,3 2.0,25) + 2.35,05.tg 6,740 = 13,08(m) - Momen chống uốn khối móng quy ớc là: Wx = AB 13,08.15,78 = = 542,8( m ) 6 * Tải trọng tính toán dới đáy khối móng quy ớc: - Trọng lợng đài cọc là: N1 = 1,1 5,3 2,5 = 233,2(T) - Trọng lợng cọc là: Qc = 1,1.n.Fc.lc.c = 1,1 1,1304 35,05 2,5 = 544,8(T) - Trọng lợng đất cọc là: N2 = (A.B n.Fc).lc.tb = (15,78.13,08 5.1,1304).35,05.1,91 = 13439,3(T) Lực tác dụng đáy khối móng quy ớc: Nđ = N + N1 + N2 + Qc = 2490,79 + 233,2 + 13439,3 +544,8 = 16708,1(T) Mđ = 448,71(Tm) * áp lực tính toán dới đáy khối móng quy ớc: max = Nd M d 16708,1 448,71 + = + = 81,8(T / m ) Fqu Wqu 15,78.13,08 542,8 116 116 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân = Nd M d 16708,1 448,71 = = 80 ,1(T / m ) Fqu Wqu 15,78.13,08 542,8 * Sức chịu tải đất dới đáy khối móng quy ớc tính theo công thức Terzaghi: [ P] = Pu Fs Trong đó: Pu = s i bN + s i ' hN + s i cN qq q cc c A 13,08 s = 0,5 0,1 = 0,5 0,1 = 0,417 B 15,78 s =1 q A 13,08 s = + 0,2 = + 0,2 = 1,166 c B 15,78 i = i = i =1 q c = 38o N = 79,5; Nq = 48,9; Nc = 61,4 : dung trọng đất đáy móng (2,01 T/m3) : dung trọng đất từ đáy móng đến mặt đất tự nhiên (1,91 T/m3) h: khoảng cách từ đáy móng đến mặt đài (h = 37,05 m) c: lực dính đất đáy móng (c = 0) Pu = 0,417.1.2,01.13,08.79,5 + 1.1.1,91.37,05.48,9 + = 4332(T / m ) P 4332 [ P] = u = = 2166(T / m ) F s max = 81,8(T / m ) < [ P ] = 2166(T / m ) Ta thấy: Nh vậy: đất dới mũi cọc đảm bảo khả chịu lực c Kiểm tra độ lún móng cọc: 117 117 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - áp lực tiêu chuẩn dới đáy khối móng quy ớc là: Ptbtc = 79,5(T / m ) - áp lực gây lún đáy khối móng quy ớc: Pgl = Ptbtc bt bt : ứng suất thân lớp đất đáy khối móng quy ớc bt = h = 1,91.35,05 = 66,95(T / m ) Pgl = 79,5 66,95 = 12,55(T / m ) < bt = 13,39(T / m ) Ta thấy: không cần tính lún Tính toán, kiểm tra đài cọc: a Kiểm tra điều kiện đâm thủng cột: Pđt Pcđt 118 118 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân Lực đâm thủng: Pđt = P1 + P2 + P4+ P5 = 2.509,2 + 2.580,4 = 2197,2(T) Lực chống đâm thủng: Pcđt = [ 1(bc+c2)+ 2(hc+c1)]h0Rk ] Ta thấy cọc bố trí gần với gần với mép cột, đài móng dày hđ= 2m nên việc cột đâm thủng đài xảy Nh vậy: đài thoả mãn điều kiện chống đâm thủng cột b Kiểm tra điều kiện đâm thủng cọc góc: Ta thấy: cọc đợc bố trí gần với gần với cột Hơn chiều dày đài lớn (2m) nên lực chống đâm thủng lớn Vì khẳng định đài thoả mãn điều kiện chống đâm thủng cọc góc c Kiểm tra điều kiện cờng độ tiết diện nghiêng theo lực cắt: 119 119 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân Ta kiểm tra điều kiện cờng độ tiết diện nghiêng theo phơng cạnh dài Điều kiện cờng độ: Q bhoRk Trong đó: Q : tổng phản lực cọc nằm tiết diện nghiêng Q = P4 + P5 = 580,4 + 509,2 = 1089,6(T) b : bề rộng đài (b = 8m) ho = 1,95 m Rk = 100 T/m2 h = 0,7 + o C với c = 0,85 (m) < 0,5ho = 0,975 c = 0,5ho = 0,975m h = 0,7 + o C 2 1,95 = 0,7 + = 1,57 0,975 VP = 1,57 1,95 100 = 2449,2(T ) Ta thấy: Q = 1089,6(T) < 2449,2(T) Vậy: đài thoả mãn điều kiện chịu cắt d Tính toán cốt thép cho đài: Đặt cốt thép AIII, Ra = 3600(kG/cm2) Đài tuyệt đối cứng, coi đài làm việc nh côngxôn ngàm mép cột 120 120 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân * Tính toán cốt thép theo phơng cạnh ngắn: Mômen uốn tiết diện I-I là: M I = rI ( P1 + P2 ) Trong đó: rI = 1,45 (m): khoảng cách từ mép cột đến cọc số số P1 = 509,2(T) ; P2 = 580,4(T) M I = 1,45.( 509,2 + 580 ,4) = 1579,9(Tm) Cốt thép theo yêu cầu: Fa1 = MI 1579,9 = = 0,025( m ) = 250(cm ) 0,9.h0 Ra 0,9.1,95.36000 Đặt 4028, a = 200 có Fa = 246,4(cm2) F 246,4 à= a = 100% = 0,16(%) > = 0,05(%) bh0 800 195 * Tính toán cốt thép theo phơng cạnh dài: Momen uốn tiết diện II-II là: 121 121 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân M II = r2 ( P2 + P4 ) Trong đó: r2 = 0,56(m): khoảng cách từ mép cột đến cọc số số P2 = 580,4(T) ; P4 = 580,4(T) M II = 0,56.( 580 ,4 + 580 ,4) = 650(Tm) Cốt thép theo yêu cầu: FaII = M II 650 = = 0,0103(m ) = 103(cm ) 0,9.h0 Ra 0,9.1,95.36000 Đặt 2125, a = 250 có Fa = 103,11 (cm2) à= Fa 103,11 = 100% = 0,1(%) > = 0,05(%) bh0 530.195 122 122 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cN chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân 123 123 svth: NGUYễN VĂN TớI mssv: 6471.49 lớp: 49xd1