BỆNH VIỆN vạn XUÂN hải AN hải PHÒNG

Nội dung của đồ án gồm 3 phần: Thông qua đồ án tốt nghiệp, em mong muốn có thể hệ thống hoá lại toàn bộ kiến thức đã học cũng như học hỏi thêm các lý thuyết tính toán kết cấu và công ngh

LỜI NÓI ĐẦUTrong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá của đất nước, ngành xây dựng cơ bản đóng một vai trò hết sức quan trọng Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của mọi lĩnh vực khoa học và công nghệ, ngành xây dựng cơ bản đã và đang có những bước tiến đáng kể Để đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao của xã hội, chúng ta cần một nguồn nhân lực trẻ là các kỹ sư xây dựng có đủ phẩm chất và năng lực, tinh thần cống hiến để tiếp bước các thế hệ đi trước, xây dựng đất nước ngày càng văn minh và hiện đại hơn.

Sau 4,5 năm học tập và rèn luyện tại trường Đại học Hàng Hải, đồ án tốt nghiệp này là một dấu ấn quan trọng đánh dấu việc một sinh viên đã hoàn thành nhiệm vụ củamình trên ghế giảng đường Đại học Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp của mình, em đã

cố gắng để trình bày toàn bộ các phần việc thiết kế và thi công công trình: “BỆNH VIỆN VẠN XUÂN- HẢI AN-HẢI PHÒNG” Nội dung của đồ án gồm 3 phần:

Thông qua đồ án tốt nghiệp, em mong muốn có thể hệ thống hoá lại toàn bộ kiến thức đã học cũng như học hỏi thêm các lý thuyết tính toán kết cấu và công nghệ thi công đang được ứng dụng cho các công trình nhà cao tầng của nước ta hiện nay Do khả năng và thời gian hạn chế, đồ án tốt nghiệp này không thể tránh khỏi những sai

1

sót Em rất mong nhận được sự chỉ dạy và góp ý của các thầy cô cũng như của các bạnsinh viên khác để có thể thiết kế được các công trình hoàn thiện hơn sau này.

Hải Phòng, ngày 1 tháng 4 năm 2016

Sinh viên Nguyễn Thị Thảo

Chương 1 KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH

1.1Tổng quan về công trình

1.1.1Sự cần thiết đầu tư xây dựng công trình

Hằng năm, trên phạm vi toàn quốc nói chung và Thành Phố Hải Phòng nói riêng số lượng các khu công nghiệp được thành lập mới là đáng kể, tạo điều kiện thuận lợi cho các đối tượng , tổ chức có nhu cầu đầu tư và kinh doanh nhiều lĩnh vực khác nhau Đây là nơi tập trung nhiều ngành kinh tế như tài chính ngân hàng , trung tâm thương mại, công nghệ thông tin Do đó đã tạo nhu cầu lớn về mặt bằng và văn phòng làm việc cho thuê

Công trình “BỆNH VIỆN VẠN XUÂN- HẢI AN-HẢI PHÒNG” được xây dựng với mục đích đáp ứng một phần nhu cầu về khám chữa bệnh cho người dân Do đó, việc đầu tư xây dựng công trình là cần thiết

2

3600 3600 MÁ I

150

600 3250

Sw1

Sw3 Sw1

BUỒ NG THANG MÁ Y

KỸ THẬ T - STHƯỢNG

1.1.2 Vị trí xây dựng cơng trình và giới thiệu chung

Tên cơng trình: BỆNH VIỆN VẠN XUÂN- HẢI AN-HẢI PHỊNG

Vị trí xây dựng cơng trình: Khu trung tâm quận Đơng Hải Hải Phịng Cơng

trình được xây dựng trong khu vực được thành phố quy hoạch, cơ sở hạ tầng đã được

đầu tư và xây dựng hồn thiện ( giao thơng, điện, nước…)

1 BỆNH VIỆN VẠN XUÂN là một cơng trình kiến trúc đẹp và hiện đại mang

phong cách mới, được các Kiến trúc sư thiết kế với tỷ lệ hình khối, bố cục kiến trúc hợp lý, tiện nghi và rất hiện đại,

2 Các chức năng của bệnh viện được thiết kế liên hồn, khép kín và hợp lý trong

xử dụng, mặt bằng cơng trình được thiết kế khơng gian mở phù hợp với thiết kếcho nhu cầu xử dụng làm văn phịng

3

3 Tổ chức giao thông ngang và giao thông thẳng đứng được tổ chức thuận tiện,hai thang máy  với công xuất 750kg/ một thang, kết hợp với một cầu thang bộ phía trong bệnh viện rộng thoáng và một cầu thang thoát hiểm bằng sắt được bốtrí bên ngoài nhà bên cạnh cầu thang máy

4 Tiêu chí về hoàn thiện nội thất bệnh viện

- Bệnh viện được chủ đầu tư đầu tư nhiều tâm huyết và tài chính để tạo thành mộtcông trình hiện đại tiện nghi hàng đầu tại Việt Nam, với những thiết bị hoàn thiện hiện đại và sang trọng ;

- Mặt ngoài bệnh viện được hoàn thiện bằng gạch INAX mang vẻ đẹp sang trong

và hiện đại, kết hợp với hệ thống vách kính hệ mặt dựng tạo đường nét kiến trúchài hòa giữa hình và khối ;

- Bệnh viện được bố trí hệ thống thang máy hiệu Mitsubishi an toàn, tiện lợi và tốc độ cao ;

- Máy phát điện công xuất lớn đủ đáp ứng nhu cầu điện cho bệnh viện trong trường hợp mất điện khu vực

- Toàn bộ bệnh viện được bố trí hệ thống thông tin liên lạc điện thoại, Internet tốc độ cao

- Hệ thống báo khói, báo cháy phun nước tự động và các phương tiện PCCC theotiêu chuẩn an toàn cao của các nước tiên tiến đang sử dụng

5 Các tiêu chí của bệnh viện:

- Tổng chiều cao công trình kể từ cos là 29,4 m

1.1.4 Các giải pháp thiết kế kiến trúc của công trình

1.1.4.1 Giải pháp mặt bằng

Công trình có kích thước theo 2 phương: 25,2x 26,45 m

Mặt bằng công trình được bố trí như sau:

- Tầng 1 cao 3,3 m gồm khu lễ tân và đại sảnh

4

- Tầng 2 đến tầng 8 cao 3,3 m gồm phòng bệnh nhân của các khoa.

- Tầng 9 cao 3 m gồm hộp kỹ thuật và phòng bảo trì

1.1.4.2 Giải pháp thiết kế mặt đứng, hình khối không gian của công trình

Công trình gồm 1 khối nhà duy nhất , mang phong cách kiến trúc hiện đại Được bố trí nhiều cửa sổ kính tạo điều kiện thuận lợi cho việc chiếu sáng

Mặt đứng công trình được phát triển lên cao một cách liên tục và đều đặn, không có sự thay đổi đột ngột nhà theo chiều cao nên không gây ra biên độ dao động, cũng như nội lực thay đổi bất thường Công trình có tính cân đối, hình khối tổ chức công trình đơn giản và rõ ràng

1.1.5 Giải pháp kết cấu

1.1.5.1 Sàn

Sàn các tầng là sàn bê tông cốt thép toàn khối đổ tại chỗ, có bố trí các dầm phụ

để chia nhỏ các ô sàn, đảm bào chiều dày của bản sàn không quá lớn giúp giảm được trọng lượng của công trình

1.1.5.2 Kết cấu theo phương đứng

Khung bê tông cốt thép: là hệ thống các cột và các dầm được liên kết với nhau bằng nút cứng đảm bảo độ cứng cho nhà

Vách cứng được bố trí cấu tạo tại khu vực thang máy và thang bộ để chịu phần lớn tải trọng ngang tác dụng vào nhà, làm tăng độ cứng của nhà theo phương ngang

1.2 Các hệ thống kỹ thuật chính trong công trình

1.2.1 Hệ thống giao thông

Hai cầu thang máy được bố trí tại cuối nhà phục vụ cho giao thông đứng

Một cầu thang bộ cũng được bố trí tại hai phía cuối nhà phục vụ cho mục đích thoát hiểm và giao thống đứng của công trình khi cao điểm

1.2.2 Hệ thống chiếu sáng

Các phòng , hệ thống giao thông chính trong công trình được thiết kế để tận dụng tối đa khả năng chiếu sáng tự nhiên và kết hợp với hệ thống cửa kính bao quanh tòa nhà, ngoài ra cũng sử dụng hệ thống chiếu sáng nhân tạo để đảm bảo nhu cầu chiếusáng của công trình

Điện cho công trình được lấy từ hệ thống điện thành phố, ngoài ra còn lắp đặt một máy phát điện dự phòng nhằm phục vụ cho các nhu cầu thiết yếu khi mất điện.

1.2.4 Hệ thống thông gió

Sự dụng hệ thống thông gió tự nhiên, kết hợp với các biện pháp thông gió nhân tạo: sử dụng các thiết bị điện như quạt, điều hòa…

1.2.5 Hệ thống cấp và thoát nước

Hệ thống cấp nước sinh hoạt:

- Nước từ hệ thống cấp nước thành phố được nhận và chứa vào bể ngầm đặt tại chân công trình;

- Nước từ bể nước ngầm đưa bơm lên bể nước mái Việc điều khiển quá trình bơm được điều khiển hoàn toàn tự động;

- Nước từ bể nước mái theo các đường ống cấp nước lắp đặt trong công trình tới các điểm tiêu thụ

Hệ thống thoát nước: gồm nước mưa và nước thải sinh hoạt

- Thoát nước mưa: được thực hiện nhờ hệ thống sê nô và các đường ống gom nước mưa lắp đặt đặt trên mái , đưa nước mưa vào hệ thống thoát nước của công trình đi vào hệ thống thoát nước thành phố

- Nước thải sinh hoạt: nước thải từ các điểm tiêu thụ nước trong công trình được gom từ các đường ống thoát nước lắp đặt trong công trình đưa vào hệ thống xử lý nước thải của công trình sau đó đi vào hệ thống thoát nước của thành phố

1.2.6 Hệ thống phòng cháy và chữa cháy

1.2.6.1 Hệ thống báo cháy

Thiết bị phát hiện báo cháy được bố trí ở mỗi tầng và mỗi phòng, ở nơi công cộng của mỗi tầng Mạng lưới báo cháy có gắn đồng hồ và đèn báo cháy, khi phát hiệnđược cháy, phòng quản lý, bảo vệ nhận tín hiệu thì kiểm soát và khống chế hoả hoạn cho công trình

6

1.3 Điều kiện khí hậu, địa chất thủy văn

1.3.1 Điều kiện khí hậu

Công trình được xây dựng tại Hải Phòng thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, thành phố quanh năm tiếp nhận lượng bức xạ mặt trời dồi dào và có nhiệt độ trung bình năm tương đối cao

Thành phố có độ ẩm và lượng mưa lớn, trung bình có 114 ngày mưa trong một năm

Một đặc điểm rõ nét của Hải Phòng là sự thay đổi và khác biệt của hai mùa nóng lạnh trong năm Mùa nóng kéo dài từ tháng 5 tới tháng 9 kèm theo mưa nhiều, nhiệt độ trung bình Từ tháng 11 tới tháng 3 năm sau là khí hậu của mùa đông, nhiệt độ trung bình là Cùng với hai tháng chuyển mùa vào tháng 4 và tháng 10, thành phố có 4 mùa xuân, hạ, thu, đông nhưng không rõ ràng

1.3.2 Điều kiện địa chất

Theo kết quả báo cáo địa chất công trình, địa chất dưới móng công trình gồm những lớp sau:

- Lớp 1 là lớp đất lấp gồm đá, gạch vỡ, sét pha và cát san nền có thành phần và trạng thái không đồng nhất;

- Lớp 2 là sét pha màu xám xanh, xám nâu, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng

Là lớp đất tốt, có sức chịu tải khá lớn và độ biến dạng nhỏ;

- Lớp 3 là sét pha lẫn hữu cơ màu xám ghi, xám đen, trạng thái dẻo chảy đến dẻo mềm Là lớp đất yếu, có độ biến dạng lớn và sức chịu tải nhỏ;

- Lớp 4 là sét pha kẹp cát màu xám nâu, trạng thái dẻo mềm;

- Lớp 5 là cát mịn màu xám ghi, xám đen, trạng thái xốp đến chặt vừa;

- Lớp 6 là sét pha đôi chỗ kẹp cát màu xám nâu, nâu gụ, trạng thái dẻo mềm;

- Các lớp 4, 5 và 6 là những lớp đất có sức chịu tải và độ biến dạng trung bình;

- Lớp 7 là sét màu xám xanh, xám vàng, xám nâu, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng;

- Lớp 8 là cát pha màu xám vàng, xám ghi, trạng thái dẻo

- Các lớp 7 và 8 là những lớp đất tốt khá tốt, có sức chịu tải tương đối cao và

8

Chương2: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU

2.1 Lựa chọn vật liệu

Vật liệu xây 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 điềukiện giảm được đáng kể tải trọng cho công trình kể cả tải trọng đứng cũng như tảitrọng ngang do lực quán tính

Vật liệu có tính biến dạng cao Khả năng biến dạng dẻo cao có thể bổ sung cho tínhnăng chịu lực thấp

Vật liệu có tính thoái biến thấp: có tác dụng rất tốt khi chịu các tải trọng lặp lại(động đất, gió bão)

Vật liệu có tính liền khối cao: có tác dụng trong trường hợp tải trọng có tính chấtlặp lại không bị tách rời các bộ phận của công trình

Vật liệu dễ chế tạo và giá thành hợp lí

Trong điều kiện tại Việt Nam hiện nay thì vật liệu bê tông cốt thép hoặc vật liệuthép là các loại vật liệu đang được các nhà thiết kế sử dụng phổ biến trong các kết cấunhà cao tầng

2.2 Hình dạng công trình và sơ đồ bố trí kết cấu

2.2.1 Sơ đồ mặt bằng, sơ đồ kết cấu

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

Các bộ phận chịu lực chính của nhà cao tầng như vách lõi cũng cần phải được bố tríđối xứng Trong trường hợp các kết cấu vách lõi không thể bố trí đối xứng thì cần phải

có biện pháp đặc biệt để 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 đồlàm việc của các kết cấu rõ ràng mạch lạc và truyền tải một cách mau chóng nhất tớimóng công trình

Tránh dùng các sơ đồ kết cấu có cánh mỏng và kết cấu dạng côngxon theo phươngngang vì các loại kết cấu này dễ bị phá hoại dưới tác dụng của động đất và gió bão

2.2.2 Theo phương đứng

Độ cứng của kết cấu theo phương thẳng đứng cần phải được thiết kết giảm dần lênphía trên

9

Cần tránh sự thay đổi độ cứng của hệ kết cấu đột ngột (như làm việc thông tầnghoặc giảm cột cũng như thiết kế dạng hẫng chân, dạng giật cấp )

Trong trường hợp đặc biệt nói trên người thiết kế cần phải có biện pháp tích cựclàm cứng thân hệ kết cấu để tránh sự phá hoại ở các vùng xung yếu

2.3 Hệ kết cấu chịu lực và phương pháp tính kết cấu công trình

2.3.1 Cơ sở và số liệu tính toán hệ kết cấu công trình

2.3.1.1 Cơ sở thiết kế

TCVN 2737 – 1995 : Tải trọng và tác động (Tiêu chuẩn thiết kế)

TCVN 198 –1997 : Nhà cao tầng (Thiết kế kết cấu BTCT)

TCXDVN 9386 – 2012 : Thiết kế công trình chịu động đất

TCXDVN 5574 – 2012 : Kết cấu Bêtông và Bêtông cốt thép (Tiêu chuẩn thiếtkế)

2.3.1.2 Vùng gió

Công trình “BỆNH VIỆN VẠN XUÂN-HẢI AN-HẢI PHÒNG” được Theo phụ lục E1 – phân vùng áp lực gió theo địa danh hành chính TCVN 2737 : 1995 (Tải trọng và tác động) công trình thuộc vùng gió IV.B có WO=1,55 kN/m2

2.3.2 Lựa chọn các giải pháp kết cấu cho công trình

Không tiết kiệm không gian sử dụng

b Sàn ô cờ

Cấu tạo gồm hệ dầm vuông góc với nhau theo hai phương, chia bản sàn thành các ôbản kê bốn cạnh có nhịp bé, theo yêu cầu cấu tạo khoảng cách giữa các dầm không quá2m

 Ưu điểm:

10

Tránh được có quá nhiều cột bên trong nên tiết kiệm được không gian sử dụng và cókiến trúc đẹp, thích hợp với các công trình yêu cầu thẩm mỹ cao và không gian sửdụng lớn như hội trường, câu lạc bộ.

 Nhược điểm:

Không tiết kiệm, thi công phức tạp Mặt khác, khi mặt bằng sàn quá rộng cần phải bốtrí thêm các dầm chính Vì vậy, nó cũng không tránh được những hạn chế do chiều caodầm chính phải cao để giảm độ võng

c Sàn không dầm (sàn nấm)

Cấu tạo là các bản sàn kê trực tiếp lên cột, không cấu tạo các hệ dầm đỡ sàn

 Ưu điểm:

Chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm được chiều cao công trình

Tiết kiệm được không gian sử dụng

Dễ phân chia không gian

Thích hợp với những công trình có khẩu độ vừa (68 m)

Cần thiết có thể dùng thép cường độ cao

Có khả năng chống nứt cao hơn (Do đó khả năng chống thấm tốt hơn)

Có độ cứng lớn hơn (Do đó độ võng và biến dạng bé hơn)

 Nhược điểm :

ƯLT không những gây ra ứng suất nén mà còn có thể gây ứng suất kéo ở phía đốidiện làm cho bêtông có thể bị nứt

Việc chế tạo bêtông cốt thép ƯLT cần có thiết bị đặc biệt, có công nhân lành nghề và

có sự kiểm soát chặt chẽ về kỹ thuật, nếu không sẽ có thể làm mất ƯLT do tuột neo,

do mất lực dính Việc bảo đảm an toàn lao động cũng đặc biệt lưu ý

Kết luận:

Căn cứ vào đặc điểm kiến trúc và đặc điểm kết cấu, tải trọng của công trình

Cơ sở phân tích sơ bộ ở trên

Được sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn

Em lựa chọn phương án sàn sườn toàn khối để thiết kế cho công trình

11

2.3.2.2 Hệ kết cấu chịu lực.

a Hệ kết cấu khung chịu lực.

Hệ kết cấu khung chịu lực được tạo thành từ các cấu kiện thanh như dầm, cột liênkết cứng tại nút tạo thành các hệ khung phẳng hoặc khung không gian dọc theo cáctrục lưới cột trên mặt bằng nhà

Khung bê tông cốt thép thường được đổ liền khối Tuy nhiên đối với nhà cao tầngviệc thi công các kết cấu dạng thanh như dầm, cột càng trở nên phức tạp trên những độcao lớn Nhược điểm này có thể khắc phục bằng việc sử dụng các cấu kiện đúc sẵn tạicông xưởng rồi lắp ghép Khung BTCT lắp ghép khó thực hiện các liên kết cứng, đòihỏi độ chính xác cao trong lắp ghép và đều được xét đến trong quá trình tính toán

Hệ khung thuần túy có độ cứng uốn thấp theo phương ngang nên bị hạn chế sửdụng trong nhà có chiều cao trên 40m Trong kiến trúc nhà cao tầng luôn có những bộphận như hộp thang máy, thang bộ, tường ngăn hoặc bao che liên tục trên chiều caonhà có thể sử dụng như lõi vách cứng nên hệ kết cấu khung chịu lực thuần túy trênthực tế không tồn tại

Các hệ khung bê tông cốt thép lắp ghép có thể được thực hiện bằng công nghệ căngsau các cấu kiện bê tông ứng lực trước theo cả hai phương, và được sử dụng có hiệuquả trong vùng có động đất

b Hệ kết cấu vách cứng và lõi cứng.

Hệ kết cấu vách cứng có thể được bố trí thành hệ thống theo một phương, haiphương hoặc liên kết lại thành hệ không gian gọi là lõi cứng Loại kết cấu này có khảnăng chịu lực ngang tốt nên thường được sử dụng cho các công trình có chiều cao trên

20 tầng Tuy nhiên hệ thống vách cứng trong công trình là sự cản trở để tạo ra khônggian rộng

c Hệ kết cấu khung – vách.

Hệ kết cấu khung vách được tạo ra bằng sự kết hợp hệ thống khung và hệ thốngvách cứng Hệ thống vách cứng thường được tạo ra tại khu vực cầu thang bộ, cầuthang máy, khu vệ sinh chung hoặc các tường biên, là các khu vực có tường liên tụcnhiều tầng Hệ thống khung được bố trí tại các khu vực còn lại của ngôi nhà Hai hệthống khung và vách được liên kết với nhau qua hệ kết cấu sàn Trong trường hợp này

hệ sàn liền khối có ý nghĩa lớn Thường trong hệ kết cấu này hệ thống vách đóng vaitrò chủ yếu chịu tải trọng ngang, hệ khung chủ yếu được thiết kế để chịu tải trọngthẳng đứng Sự phân rõ chức năng này tạo điều kiện để tối ưu hoá các cấu kiện, giảmbớt kích thước cột, dầm, đáp ứng được yêu cầu của kiến trúc

Hệ kết cấu khung – giằng tỏ ra là kết cấu tối ưu cho nhiều loại công trình cao tầng.Loại kết cấu này sử dụng hiệu quả cho các ngôi nhà đến 40 tầng được thiết kế chovùng có động đất  cấp 7

Kết luận :

12

Qua xem xét các đặc điểm các hệ kết cấu chịu lực ở trên, áp dụng vào đặc điểmcông trình và yêu cầu kiến trúc em chọn hệ kết cấu chịu lực cho công trình là hệ kếtcấu khung vách với vách được bố trí là lồng thang máy.

*) Đặc điểm của hệ kết cấu khung vách :

Kết cấu khung vách là tổ hợp của 2 hệ kết cấu “Kết cấu khung và kết cấu váchcứng”

Tận dụng tính ưu việt của mỗi loại, vừa có thể cung cấp một không gian sử dụngkhá lớn đối với việc bố trí mặt bằng kiến trúc lại có tính năng chống lực ngang tốt.Vách cứng trong kết cấu khung vách có thể bố trí độc lập, cũng có thể lợi dụng váchcủa giếng thang máy Vì vậy loại kết cấu này đã được sử dụng rộng rãi trong cáccông trình

Biến dạng của kết cấu khung vách là biến dạng cắt uốn Biến dạng của kết cấukhung là biến dạng cắt, biến dạng tương đối giữa các tầng bên trên nhỏ, bên dướilớn Biến dạng của vách cứng là biến dạng uốn cong, biến dạng tương đối giữa cáctầng bên trên lớn, bên dưới nhỏ Đối với kết cấu khung vách do điều kiện biến dạngcủa hai loại kết cấu này cùng làm việc tạo thành biến dạng cắt uốn, từ đó giảm tỉ lệbiến dạng tương đối giữa các tầng của kết cấu và tỉ lệ chuyển vị của điểm đỉnh làmtăng độ cứng bên của kết cấu

Tải trọng ngang chủ yếu do kết cấu vách chịu Từ đặc điểm chịu lực có thể thấy

độ cứng chống uốn của vách lớn hơn nhiều độ cứng chống uốn của khung trong kếtcấu khung – vách dưới tác dụng của tải trọng ngang Nói chung vách cứng đảmnhận trên 80%, vì vậy lực cắt của tầng mà kết cấu khung phân phối dưới tác độngcủa tải trọng ngang được phân phối tương đối đều theo chiều cao mômen uốn củacột dầm tương đối bằng nhau, có lợi cho việc giảm kích thước dầm cột ,thuận lợikhi thi công

2.3.3 Phương pháp tính toán hệ kết cấu

2.3.3.1 Sơ đồ tính

Sơ đồ tính là hình ảnh đơn giản hoá của công trình, được lập ra chủ yếu nhằm hiệnthực hoá khả năng tính toán các kết cấu phức tạp Như vậy với cách tính thủ công,người thiết kế buộc phải dùng các sơ đồ tính toán đơn giản, chấp nhận việc chia cắt kếtcấu thành các phần nhỏ hơn bằng cách bỏ qua các liên kết không gian Đồng thời sựlàm việc của vật liệu cũng được đơn giản hoá, cho rằng nó làm việc trong gian đoạnđàn hồi, tuân theo định luật Hooke Trong giai đoạn hiện nay, nhờ sự phát triển mạnh

mẽ của máy tính điện tử, đã có những thay đổi quan trọng trong cách nhìn nhậnphương pháp tính toán công trình Khuynh hướng đặc thù hoá và đơn giản hoá cáctrường hợp riêng lẻ được thay thế bằng khuynh hướng tổng quát hoá Đồng thời khốilượng tin toán số học không còn là một trở ngại nữa Các phương pháp mới có thểdùng các sơ đồ tính sát với thực tế hơn, có thể xét tới sự làm việc phức tạp của kết cấuvới các mối quan hệ phụ thuộc khác nhau trong không gian Về độ chính xác cho phép

và phù hợp với khả năng tính toán hiện nay, đồ án này sử dụng sơ đồ tính toán chưabiến dạng (sơ đồ đàn hồi)

13

Căn cứ vào giải pháp kiến trúc, và các bản vẽ kiến trúc ta thấy kích thước mặt bằng

2 phương của công trình tương đối chênh lệch ta có thể lựa chọn tính khung phẳnghoặc khung không gian để tính toán xác định nội lực cho các kết cấu trong công trình

Ở đây, sử dụng khung không gian để tính toán

Chiều cao các tầng : Tầng 1 đến tầng 8 cao 3,3 m Riêng tầng 9 cao 3,0m

Hệ kết cấu gồm hệ sàn BTCT toàn khối, trong mỗi ô bản chính có bố trí dầm phụtheo 2 phương dọc, ngang nhằm đỡ tường và tăng độ cứng của sàn và giảm chiều dàytính toán của sàn Ngoài ra ta bố trí các dầm chạy trên các đầu cột, liên kết lõi thangmáy và các cột là bản sàn và các dầm (được trình bày rõ hơn ở phần tính toán sàn tầngđiển hình)

2.4 Tải trọng tác dụng

2.4.1 Tải trọng đứng

Gồm trọng lượng bản thân kết cấu và các hoạt tải tác dụng lên sàn, mái Tải trọngtác dụng lên sàn, kể cả tải trọng các thiết bị, thiết bị vệ sinh… đều qui về tải phân bốđều trên diện tích ô sàn

Tải trọng tác dụng lên dầm do sàn truyền vào, do tường bao trên dầm (220mm; 100mm) và vách kính, tường ngăn … coi phân bố đều trên dầm

2.4.2 Tải trọng ngang

Là tải trọng gió và động đất tác dụng vào công trình

Do chiều cao công trình tính từ cos ảnh hưởng mạnh của gió trên cao,tính đến tầng mái là 29,4m căn cứ vào tiêu chuẩn ta không phải tính toán thành phầnđộng của tải trọng gió

Tải trọng gió được quy về thành tải trọng phân bố đều đặt trên dầm biên của cácsàn tầng

2.4.3 Xác định nội lực và chuyển vị

Sử dụng chương trình tính toán kết cấu ETAB version 9.7.4 để xác định nội lực

và chuyển vị do các trường hợp tải trọng tác dụng lên công trình

2.4.4 Tổ hợp và tính toán cốt thép

Sử dụng chương trình tự lập bằng ngôn ngữ EXCEL tính toán cho 1 số cấu kiệnđiển hình Chương trình này có ưu điểm là tính toán đơn giản, ngắn gọn, dễ dàng vàthuận tiện khi sử dụng

2.5 Xác định sơ bộ kích thước các cấu kiện theo phương án sàn sườn toàn khối có cấu tạo dầm đỡ tường ngăn

Xem như các cột được ngàm chặt vào móng

+) đối với loại bản dầm Trường hợp này lấy m = 30;

+) đối với bản kê 4 cạnh Trường hợp này lấy m = 45

- l là chiều dài cạnh ngắn của ô sàn.

Ta có bảng tính toán chiều dày sơ bộ các ô sàn

Kích thước

l2/l1 loại bản sàn D m hb (m)

cạnhngắn(m)

cạnhdài(m)

Chọn chiều dày bản sàn các tầng hb = 0,15 m

2.5.2 Chọn sơ bộ kích thước dầm

2.5.2.1 Chọn sơ bộ kích thước dầm khung

Căn cứ vào điều kiện kiến trúc, bước cột và công năng sử dụng của công trình màchọn giải pháp dầm phù hợp Với điều kiện kiến trúc tầng nhà cao 3,3 trong đó nhịplớn nhất là 3,6 m với phương án kết cấu BTCT thông thường thì chọn kích thước dầm

hợp lý là điều quan trọng Ta chọn nhịp dầm lớn nhất để tính toán xác định sơ bộ tiếtdiện.

Chiều cao sơ bộ dầm xác định theo công thức:

Diện tích sơ bộ của cột có thể xác định theo công thức :

Trong đó: k = 1,1 – 1,2 là hệ số kể đến ảnh hưởng của lệch tâm

N là lực dọc sơ bộ, xác định bằng

với n là số tầng, q = 1-1,4 T/m2

16

17

2.5.4 Chọn sơ bộ kích thước vách lõi

Bề dày vách cứng thang máy không nhỏ hơn các giá trị sau:

(h/20 = 3300/20 = 165 mm và 150 mm).Với h là chiều cao tầng

Chọn bề dày vách thang máy: b = 25 cm

2.5.5 Tính toán tải

-Tĩnh tải sàn

18

Bản BTCT của các sàn và mái khi nhập vào mô hình Etabs tự tính,ta chỉ cần tính tải trọng các lớp còn lại.

Bảng 1-3 Tĩnh tải sàn khu vệ sinh

STT Các lớp cấu tạo γ (T/m3) chiều dày

δ (m)

gtc

(T/m2)

hệ số độtin cậy n

- Tải trọng tường xây:

Tường bao chu vi nhà, tường ngăn trong các phòng ở, tường nhà vệ sinh được xây bằng gạch có =1500 kG/m3

Chiều cao tường được xác định: ht = H - hd

Trong đó:

+ ht: chiều cao tường

+ H: chiều cao tầng nhà

20

+ hd: chiều cao dầm trên tường tương ứng.

Ngoài ra khi tính trọng lượng tường, ta cộng thêm hai lớp vữa trát dày 2cm/lớp Một cách gần đúng, trọng lượng tường được nhân với hế số 0,75 kể đến việc giảm tải trọng tường do

bố trí cửa sổ kính

Bảng 1-5 Tải trọng tường xây(tầng điển hình)

Bảng 1-6 Bảng thống kê giá trị hoạt tải sàn Đơn vị tải trọng : T/m2

Các lớp

Hoạt tảiTiêu chuẩn

(T/m2)

Hệ số vượt tảin

Tính toán(T/m2)

Thời hạn sử dụng của công trình là 50 năm ta có

+ Hệ số vượt tải của tải trọng gió n = 1,2

+ Hế số điều chỉnh tải trọng gió k = 1

+ Hệ số khí động C được tra bảng theo tiêu chuẩn và lấy :

C = + 0,8 (gió đẩy),

22

C = - 0,6 (gió hút)

+ Hế số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao k được nội suy từ bảng tra theo các

độ cao Z của cốt sàn tầng và dạng địa hình C

Giá trị áp lực tính toán của thành phần tĩnh tải trọng gió được tính tại cốt sàn từng tầng kể từcốt 0.00 Kết quả tính toán cụ thể được thể hiện trong bảng:

Bảng 1-7 Bảng tính thành phần tĩnh của tải trọng gió

+ Tải trọng gió tính toán qui về lực phân bố trên dầm viên của sàn từng tầng:

Tải trọng gió tính toán quy về lực tập trung, theo hai phương tại cốt sàn từng tầng:

2.5.6Tính toán nội lực cho công trình

23

1.Lựa chọn phần mềm tính toán nội lực

Để tính toán kết cấu một công trình xây dựng dân dụng có nhiều phần mềm kết cấu trong vàngoài nước để các nhà thiết kế lựa chọn như: SAP 2000 (CSI-Mỹ), STAAD III/PRO (REI-Mỹ), PKPM (Trung Quốc), ACECOM (Thái Lan), KPW (CIC - Việt Nam), VINASAS (CIC - Việt Nam) Song việc tính toán và thiết kế nhà cao tầng sẽ phức tạp hơn rất nhiều bởitrong quá trình tính toán phải kể đến các thành phần tải trọng động như: gió động, động đất tác dụng lên công trình, cũng như việc thiết kế kiểm tra các cấu kiện dầm, cột, vách cứng, sàn sau khi đã có kết quả nội lực Do đó việc lựa chọn một phần mềm kết cấu đáp ứng đượccác điều kiện như: dễ sử dụng, độ tin cậy cao và đáp ứng được các yêu cầu thực tế trong tính toán và thiết kế kết cấu nhà cao tầng là một lựa chọn cần cân nhắc đối với các kĩ sư kết cấu

Ra đời từ đầu những năm 70, ETABS là phần mềm kết cấu chuyên dụng trong tính toán và thiết kế nhà cao tầng ETABS có xuất xứ từ trường Đại học Berkeley và cùng họ với SAP

2000 Điểm nổi bật của ETABS ở đây mà các phần mềm kết cấu khác không có như:

-ETABS là phần mềm kết cấu chuyên dụng trong tính toán và thiết kế nhà caotầng

-Giao diện được tích hợp hoàn toàn với môi trường Windows95/98/NT/2000/XP

-Tất cả các thao tác được thực hiện trên màn hình đồ hoạ thân thiện

- Tính năng vượt trội khi vào số liệu, chỉnh sửa và sao chép dễ dàng, thuận tiệntheo khái niệm tầng tương tự

- Tối ưu mô hình hoá nhà nhiều tầng Có thể mô hình các dạng kết cấu nhà caotầng: Hệ kết cấu dầm, sàn, cột, vách toàn khối; Hệ kết cấu dầm, cột, sàn lắp ghép, lõitoàn khối…

- Các thư viện kết cấu sẵn có hoặc xây dựng sơ đồ kết cấu: dầm, sàn, cột, váchtrên mặt bằng hoặc mặt đứng công trình bằng các công cụ mô hình đặc biệt

24

- Kích thước chính xác với hệ lưới và các lựa chọn bắt điểm giống AutoCAD.Đặc biệt là hệ trục định vị mặt bằng kết cấu

- Xuất và nhập sơ đồ hình học từ môi trờng AutoCAD (file *.DXF)

- Tự động tính toán tải trọng cho các kiểu tải sau: tải trọng bản thân, gió tĩnh,động đất theo tiêu chuẩn UBC, BS8110, BOCA96, hàm tải trọng phổ (ResponseSpectrum Function), hàm tải trọng đáp ứng theo thời gian (Time History Function)…

- Tự động xác định khối lượng và trọng lượng các tầng

-Tự động xác định tâm hình học, tâm cứng và tâm khối lượng công trình

-Tự động xác định chu kì và tần số dao động riêng theo hai phương pháp EigenVectors và Ritz Vectors theo mô hình kết cấu không gian thực tế của công trình

- Đặc biệt có thể can thiệp và áp dụng các tiêu chuẩn tải trọng khác như: tải trọnggió động theo TCVN 2737-95, tải trọng động đất theo dự thảo tiêu chuẩn tính động đấtViệt Nam hoặc tải trọng động đất theo tiêu chuẩn Nga (SNIPII-87 hoặc SNIPII-95)

- Phân tích và tính toán kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn với lựa chọnphân tích tuyến tính hoặc phi tuyến

- Thời gian thực hiện phân tích, tính toán công trình giảm một cách đáng kể sovới các chương trình tính kết cấu khác

- Đặc biệt việc kết xuất kết quả tính toán một cách rõ ràng, khoa học giúp choviệc thiết kế, kiểm tra cấu kiện một cách nhanh chóng, chính xác

- Thiết kế và kiểm tra cấu kiện dầm, sàn, cột, vách theo các tiêu chuẩn:

ACI318-99, UBC97, BS8110-89, EUROCODE 2-1992, INDIAN IS 456-2000, CSA-A23.3-94

… Trong đó: cấu kiện dầm tính ra đến diện tích thép Fa, cấu kiện cột tính ra đến diệntích thép Fa (có thể thực hiện bài toán thiết kế hoặc kiểm tra cấu kiện cột), cấu kiệnvách tính ra đến diện tích thép Fa theo tiêu chuẩn ACI318-99, UBC97, BS8110 (có thểthực hiện bài toán thiết kế hoặc kiểm tra cấu kiện vách)

25

- Thiết lập một cách nhanh chóng, chính xác, ngắn gọn thuyết minh tính toáncông trình

- Kết xuất dữ liệu ra các môi trường khác như: SAP 2000, SAFE, AUTOCAD,ACCESS, WORD, NOTEPAD

- Đặc biệt là việc kết xuất các mức sàn tầng của công trình sang chương trình phụtrợ SAFE để tính toán sàn bê-tông cốt thép Kết quả cuối cùng đạt được là biểu đồ nộilực, diện tích thép Fa, bố trí triển khai thép sàn

-Ngoài ra, ETABS có thể tính toán và thiết kế cho cấu kiện dầm tổ hợp(Composite Beam), thực hiện thiết kế chi tiết liên kết tại các nút đối với kết cấu thép(Joint Steel Design) theo các tiêu chuẩn thông dụng trên thế giới

Mặc dù mới xuất hiện ở Việt Nam, xong có thể khẳng định ETABS là phần mềm kết cấu nổi trội và tiện dụng hơn hẳn so với các phần mềm kết cấu khác như: SAP 2000, STAAD III/PRO, PKPM trong việc tính toán và thiết kế nhà cao tầng

Mục tiêu của việc phát triển và xây dựng nhà cao tầng ngoài việc đảm bảo các yêu cầu về kiến trúc, môi trường, cảnh quan, … thì vấn đề tính toán thiết kế kết cấu công trình vẫn được đặt lên hàng đầu Do đó việc lựa chọn một phần mềm phù hợp, rút ngắn thời gian, tiết kiệm tiền bạc và có độ tin cậy cao hoàn toàn do các kĩ sư kết cấu và các đơn vị tư vấn quyết định

2 Khai báo tải trọng

Tĩnh tải:

Chương trình ETABS tự động dồn tải trọng bản thân của các cấu kiện nên đầu vào ta chỉ cần khai báo kích thước của các cấu kiện dầm sàn cột và lõi …đặc trưng của vật liệu được dùng thiết kế như mô đun đàn hồi, trọng lượng riêng, hệ số poatxông, nếu không theo sự ngầm định của máy: với bê tông B25 ta nhập E = 3.106 T/m2; =2,5 T/m3 chương trình tự động dồn tải dồn tĩnh tải về khung nút

Do vậy trong trường hợp Tĩnh tải ta đưa vào hệ số Selfweigh = 1,1; có nghĩa là trọng lượng của bản sàn BTCT dày 15 cm đã được máy tự động tính với hệ số vượt tải 1,1; Như vậy chỉ cần khai báo TL các lớp cấu tạo: gạch lát, vữa lót, vữa trát, tường trên sàn, sàn Vệ

26

sinh, thêm vào Tĩnh tải.Tải trọng tường ngoài và vách ngăn đã tính và đưa về dải phân bố trên đơn vị dài tác dụng lên các dầm tương ứng có tường ngăn

Hoạt tải đứng:

Chương trình ETABS có thể tự động dồn tải về các cấu kiện cho nên hoạt tải thẳng đứng tác dụng lên các bản sàn được khai báo trên phần tử shell (Bản sàn) với thứ nguyên lực trên đơn vị vuông; chương trình tự động dồn tải trọng về khung nút Các ô sàn khác nhau được gán giá trị hoạt tải sử dụng thực tế của ô sàn ấy

Tải trọng gió:

- Thành phần gió tĩnh

Thành phần gió tĩnh được tính đưa về phân bố đều trên các dầm (theo phương tương ứng) theo diện tích bề mặt đón gió của công trình

3.Mô hình tính toán nội lực

Sơ đồ tính được lập trong phần mềm tính kết cấu ETABS 9.7.1 dưới dạng khung không gian có sự tham gia của phần tử frame là dầm, cột và các phần tử shell là sàn, vách thang máy, vách thang bộ

Tải trọng được nhập trực tiếp lên các phần tử chịu tải theo các trường hợp tải trọng Phần tảitrọng bản thân do máy tự tính nên ta chỉ nhập tĩnh tải phụ thêm ngoài tải trọng bản thân Hoạt tải tính toán được nhân với hệ số giảm tải trước khi nhập vào máy

Nội lực của các phần tử được xuất ra và tổ hợp theo các quy định trong TCVN 2737-1995

và TCXD 198-1997

27

Hình 1-2 Mô hình khung không gian

28

Hình 1-3 Mô hình khung phẳng trục 4

29

Một số trường hợp tải trọng

30

Hình 1-4 Sơ đồ tĩnh tải tầng điển hình

Hình 1-5 Sơ đồ hoạt tải 1 tầng điển hình

31

Hình 1-6 Sơ đồ hoạt tải 2 tầng điển hình

32

Hình 1-7 Sơ đồ hoạt tải 3 tầng điển hình

33

Hình 1-8 Sơ đồ gió theo phương GTY tầng điển hình

34

Hình 1-9 Sơ Sơ đồ gió theo phương GPY tầng điển hình

35

Hình 1-10 Sơ Sơ đồ gió theo phương GTX tầng điển hình

36

Hình 1-11 Sơ Sơ đồ gió theo phương GPX tầng điển hình

37

Hình 1-12 Sơ đồ tĩnh tải tường và tải trọng tập trung tác dụng lên khung

4.Xuất nội lực:

38

Hình 1-13 Biểu đồ lực dọc tổ hợp BAO ( T)

39

Hình 1-14 Biểu đồ momen M3-3 của tổ hợp BAO (T.m)

40