Đồ án kỹ sư xây dựng chung cư cao cấp morning star

Trong những năm gần đây, dân số phát triển nhanh nên nhu cầu mua đất xây dựng nhà ngày càng nhiều trong khi đó quỹ đất của Thành phố thì có hạn, chính vì vậy mà giá đất ngày càng leo thang khiến cho nhiều người dân không đủ khả năng mua đất xây dựng. Để giải quyết vấn đề cấp thiết này giải pháp xây dựng các chung cư cao tầng và phát triển quy hoạch khu dân cư ra các quận, khu vực ngoại ô trung tâm Thành phố là hợp lý nhất.Bên cạnh đó, cùng với sự đi lên của nền kinh tế của Thành phố và tình hình đầu tư của nước ngoài vào thị trường ngày càng rộng mở, đã mở ra một triển vọng thật nhiều hứa hẹn đối với việc đầu tư xây dựng các cao ốc dùng làm văn phòng làm việc, các khách sạn cao tầng, các chung cư cao tầng… với chất lượng cao nhằm đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ngày càng cao của mọi người dân.Có thể nói sự xuất hiện ngày càng nhiều các cao ốc trong Thành phố không những đáp ứng được nhu cầu cấp bách về cơ sở hạ tầng mà còn góp phần tích cực vào việc tạo nên một bộ mặt mới cho Thành phố.Song song đó, sự xuất hiện của các nhà cao tầng cũng đã góp phần tích cực vào việc phát triển ngành xây dựng thông qua việc tiếp thu và áp dụng các kỹ thuật hiện đại, công nghệ mới trong tính toán, thi công và xử lý thực tế, các phương pháp thi công hiện đại của nước ngoài…Nhằm mục đích giải quyết các yêu cầu và mục đích trên, công trình chung cư Morning Star được thiết kế và xây dựng là một khu nhà cao tầng hiện đại, đầy đủ tiện nghi, cảnh quan đẹp… thích hợp cho sinh sống, giải trí và làm việc, một chung cư cao tầng được thiết kế và thi công xây dựng với chất lượng cao, đầy đủ tiện nghi để phục vụ cho một cộng đồng dân cư sống trong đó.

PHẦN I

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH

1.1 NHU CẦU XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

Trong những năm gần đây, dân số phát triển nhanh nên nhu cầu mua đất xây dựng nhà ngàycàng nhiều trong khi đó quỹ đất của Thành phố thì có hạn, chính vì vậy mà giá đất ngày càng leothang khiến cho nhiều người dân không đủ khả năng mua đất xây dựng Để giải quyết vấn đềcấp thiết này giải pháp xây dựng các chung cư cao tầng và phát triển quy hoạch khu dân cư racác quận, khu vực ngoại ô trung tâm Thành phố là hợp lý nhất

Bên cạnh đó, cùng với sự đi lên của nền kinh tế của Thành phố và tình hình đầu tư của nướcngoài vào thị trường ngày càng rộng mở, đã mở ra một triển vọng thật nhiều hứa hẹn đối vớiviệc đầu tư xây dựng các cao ốc dùng làm văn phòng làm việc, các khách sạn cao tầng, cácchung cư cao tầng… với chất lượng cao nhằm đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ngày càng cao của mọingười dân

Có thể nói sự xuất hiện ngày càng nhiều các cao ốc trong Thành phố không những đáp ứngđược nhu cầu cấp bách về cơ sở hạ tầng mà còn góp phần tích cực vào việc tạo nên một bộ mặtmới cho Thành phố

Song song đó, sự xuất hiện của các nhà cao tầng cũng đã góp phần tích cực vào việc pháttriển ngành xây dựng thông qua việc tiếp thu và áp dụng các kỹ thuật hiện đại, công nghệ mớitrong tính toán, thi công và xử lý thực tế, các phương pháp thi công hiện đại của nước ngoài…Nhằm mục đích giải quyết các yêu cầu và mục đích trên, công trình chung cư Morning Starđược thiết kế và xây dựng là một khu nhà cao tầng hiện đại, đầy đủ tiện nghi, cảnh quan đẹp…thích hợp cho sinh sống, giải trí và làm việc, một chung cư cao tầng được thiết kế và thi côngxây dựng với chất lượng cao, đầy đủ tiện nghi để phục vụ cho một cộng đồng dân cư sống trongđó

1.2 ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG

Nằm tại quận Bình Thạnh, công trình ở vị trí thoáng và đẹp sẽ tạo điểm nhấn đồng thời tạonên sự hài hoà, hợp lý và hiện đại cho tổng thể qui hoạch khu dân cư

Công trình nằm trên trục đường giao thông chính nên rất thuận lợi cho việc cung cấp vật tư

và giao thông ngoài công trình Đồng thời, hệ thống cấp điện, cấp nước trong khu vực đã hoànthiện đáp ứng tốt các yêu cầu cho công tác xây dựng

Khu đất xây dựng công trình bằng phẳng, hiện trạng không có công trình cũ, không có côngtrình ngầm bên dưới đất nên rất thuận lợi cho công việc thi công và bố trí tổng bình đồ

1.3 GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC

Công trình gồm 16 tầng, trong đó có 2 tầng hầm Chiều cao tầng điển hình là 3.3m

Cao độ hoàn thiện:

• Hai tầng hầm: sử dụng cho việc bố trí các phòng kỹ thuật và đỗ xe.

• Tầng 1: gồm sảnh đón, các gian hàng mua sắm, các dịch vụ vui chơi giải trí… cho các hộgia đình cũng như nhu cầu chung của khu vực

• Tầng 2 – 13: bố trí các căn hộ phục vụ nhu cầu ở

• Tầng mái: bố trí các khối kỹ thuật và sân thượng

1.3.2 MẶT ĐỨNG

Sử dụng, khai thác triệt để nét hiện đại với cửa kính lớn, tường ngoài được hoàn thiện bởicác lớp đá Granit đen ở các mặt bên, mặt đứng hình thành với sự xen kẽ các lam và đá Granitđen tạo nên sự chắc chắn, ấn tượng và hiện đại cho tòa nhà

1.3.3 HỆ THỐNG GIAO THÔNG

1.3.3.1Giao thông đứng

Giao thông đứng liên hệ giữa các tầng thông qua hệ thống thang máy và các cầu thang bộhành nhằm liên hệ giao thông theo phương đứng và thoát hiểm khi có sự cố

Phần diện tích cầu thang bộ được thiết kế đảm bảo yêu cầu thoát người nhanh, an toàn khi có

sự cố xảy ra Cầu thang máy này được đặt ở vị trí trung tâm nhằm đảm bảo khoảng cách xa nhấtđến cầu thang < 30m để giải quyết việc đi lại hằng ngày cho mọi người và khoảng cách an toàn

để có thể thoát người nhanh nhất khi xảy ra sự cố

1.3.3.2Giao thông ngang

Giải pháp lưu thông theo phương ngang trong mỗi tầng là hệ thống hành lang giữa baoquanh khu vực thang đứng nằm giữa mặt bằng tầng, đảm bảo lưu thông ngắn gọn, tiện lợi đếntừng căn hộ Ngoài ra còn có sảnh, hiên dùng làm mối liên hệ giao thông giữa các phòng trongmột căn hộ

1.4 GIẢI PHÁP KỸ THUẬT

1.4.1 ĐIỆN

Công trình sử dụng điện được cung cấp từ hai nguồn: lưới điện Thành Phố và máy phát điệnriêng có công suất 150kVA(kèm thêm 1 máy biến áp, tất cả được đặt dưới tầng trệt để tránh gâytiếng ồn và độ rung làm ảnh hưởng đến sinh hoạt) Toàn bộ đường dây điện được đi ngầm (đượctiến hành lắp đặt đồng thời khi thi công) Hệ thống cấp điện chính đi trong các hộp kỹ thuật đặtngầm trong tường và phải bảo đảm an toàn không đi qua các khu vực ẩm ướt, tạo điều kiện dễdàng khi cần sữa chữa Ở mỗi tầng đều có lắp đặt hệ thống an toàn điện: hệ thống ngắt điện tựđộng từ 1A đến 80 A được bố trí theo tầng và theo khu vực (đảm bảo an toàn phòng chống cháynổ)

đề phòng trường hợp hệ thống nước máy của thành phố không đủ cung cấp hoặc những tìnhhuống khẩn cấp.

Nước mưa từ mái sẽ được thoát theo các lỗ chảy (bề mặt mái được tạo dốc) và chảy vào cácống thoát nước mưa đi xuống dưới Riêng hệ thống thoát nước thải sử dụng sẽ được bố trí đườngống riêng

Nước sinh hoạt và nước mưa được tập trung ở các rãnh, rồi dẫn xuống đất theo các đườngống kỹ thuật đi vào các cống rãnh, hố ga nội bộ và sau đó đi ra hệ thống thoát nước khu vực Tất

cả hệ thống đều có các điểm để sữa chữa và bảo trì

Đèn chiếu sáng ngoài và đèn chiếu sáng hành lang được tắt mở tự động bằng công tắc thờigian loại lập trình 24 giờ hoặc sử dụng cảm biến chuyển động nhận biết bóng người

1.4.5 PHÒNG CHÁY – THOÁT HIỂM

Các khu vực cầu thang thoát hiểm được trang bị các đèn thoát hiểm bộ nguồn pin nuôi để khimất điện đèn vẫn sáng Quạt tăng áp cũng được bố trí trong các buồng thang nhằm tăng áp suấttrong buồng thang, đề phòng khói tràn vào buồng thang gây ngạt trong tình huống có cháy

1.4.6 CHỐNG SÉT

Kim chống sét phóng tia tiên đạo (chống sét chủ động) với bán kính phục vị 220m đượcchọn dùng Cùng với kim chống sét, hệ thống cáp dẫn sét và các cọc tiếp đất cũng được bố tríhợp lý dựa trên tính toán cụ thể

1.4.7 THOÁT RÁC

Họng thoát rác được bố trí ở gần cầu thang bộ ở mỗi tầng Rác thải được thu gom và đưa vềbãi tập kết rác chung của khu vực

PHẦN II

TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO

TẦNG

2.1 LỰA CHỌN VẬT LIỆU

- Vật liệu xây dựng cần có cường độ cao, trọng lượng nhỏ,khả năng chống cháy tốt

- Nhà cao tầng thường có tải trọng rất lớn Nếu sử dụng cácloại vật liệu trên tạo điều kiện giảm được đáng kể tảitrọng cho công trình, kể cả tải trọng đứng cũng như tải trọngngang do lực quán tính

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

- Vật liệu có tính thoái biến thấp: Có tác dụng tốt khi chịutác dụng của tải trọng lặp lại( động đất, gió bão)

- Vật liệu có tính liền khối cao: Có tác dụng trong trường hợptải trọng có tính chất lặp lại không bị tách rời các bộphận công trình

- Vật liệu có giá thành hợp lý

- Trong điều kiện tại Việt Nam hay các nước thì vật liệu BTCThoặc thép là các loại vật liệu đang được các nhà thiết kếsử dụng phổ biến trong các kết cấu nhà cao tầng

2.2 HÌNH DẠNG CÔNG TRÌNH

2.1 THEO PHƯƠNG NGANG

- Nhà cao tầng cần có mặt bằng đơn giản, tốt nhất là lựachọn các hình có tính chất đối xứng cao Trong các trường hợpngược lại công trình cần được phân ra các phần khác nhauđể mỗi phần đều có hình dạng đơn giản

- Các bộ phận kết cấu chịu lựu chính của nhà cao tầng nhưvách, lõi, khung cần phải được bố trí đối xứng Trong trườnghợp các kết cấu này không thể bố trí đối xứng thì cầnphải có các biện pháp đặc biệt chống xoắn cho công trìnhtheo phương đứng

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

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

2.2 THEO PHƯƠNG ĐỨNG

- Độ cứng của kết cấu theo phương thẳng đứng cần phảiđược thiết kế đều hoặc thay đổi đều giảm dần lên phíatrên

- Cần tránh sự thay đổi đột ngột độ cứng của hệ kết cấu( như làm việc thông tầng, giảm cột hoặc thiết kế dạng cộthẫng chân cũng như thiết kế dạng sàn dật cấp)

- Trong các trường hợp đặc biệt nói trên người thiết kế cầnphải có các biện pháp tích cực làm cứng thân hệ kết cấuđể tránh sự phá hoại ở các vùng xung yếu

2.3 CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN LIÊN KẾT

- Kết cấu nhà cao tầng cần phải có bậc siêu tĩnh cao đểtrong trường hợp bị hư hại do các tác động đặc biệt nókhông bị biến thành các hệ biến hình

- Các bộ phận kết cấu được cấu tạo làm sao để khi bị pháhoại do các trường hợp tải trọng thì các kết cấu nằm ngangsàn, dầm bị phá hoại trước so với các kết cấu thẳng đứng:cột, vách cứng

2.4 CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG

2.4.1 SƠ ĐỒ TÍNH

- Trong giai đoạn hiện nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ củamáy tính điện tử, đã có những thay đổi quan trọng trongcách nhìn nhận phương pháp tính toán công trình Khuynhhướng đặc thù hoá và đơn giản hoá các trường hợp riênglẻ được thay thế bằng khuynh hướng tổng quát hoá Đồngthời khối lượng tính toán số học không còn là một trở ngạinữa Các phương pháp mới có thể dùng các sơ đồ tính sátvới thực tế hơn, có thể xét tới sự làm việc phức tạp củakết cấu với các mối quan hệ phụ thuộc khác nhau trongkhông gian Việc tính toán kết cấu nhà cao tầng nên ápdụng những công nghệ mới để có thể sử dụng mô hìnhkhông gian nhằm tăng mức độ chính xác và phản ánh sựlàm việc của công trình sát với thực tế hơn

o Tải trọng gió ( gió tĩnh và nếu có cả gió động)

o Tải trọng động của động đất( cho các công trình xâydựng trong vùng có động đất)

phải được tính toán kiểm tra với các trường hợp tải trọngsau:

o Do ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ

o Do ảnh hưởng của từ biến

o Do sinh ra trong quá trình thi công

o Do áp lực của nước ngầm và đất

- Khả năng chịu lực của kết cấu cần được kiểm tra theo từngtổ hợp tải trọng, được quy định theo các tiêu chuẩn hiệnhành

2.4.3 CÁC BÀI TOÁN CẦN XÉT TRONG TÍNH TOÁN- KIỂM TRA HỆ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG.

- Hệ kết cấu nhà cao tầng cần thiết được tính toán cả vềtĩnh lực, ổn định và động lực

- Các bộ phận kết cấu được tính toán theo trạng thái giới hạnthứ nhất (TTGH 1)

- Trong trường hợp đặc biệt do yêu cầu sử dụng thì mới theotrạng thái giới hạn thứ hai ( TTGH 2)

- Khác với nhà thấp tầng trong thiết kế nhà cao tầng thì việckiểm tra ổn định tổng thể công trình đóng vai trò hết sứcquan trọng Các điều kiện cần kiểm tra gồm:

o Kiểm tra ổn định tổng thể

o Kiểm tra độ cứng tổng thể

2.5 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHỊU LỰC BÊN TRÊN

2.5.1 HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC THẲNG ĐỨNG

Kết cấu chịu lực thẳng đứng có vai trò rất lớn trong kết cấu nhà cao tầng, có thể nói là quyếtđịnh gần như toàn bộ giải pháp kết cấu Trong nhà cao tầng, kết cấu chịu lực thẳng đứng có vaitrò:

− Cùng với dầm, sàn, tạo thành hệ khung cứng, nâng đỡ các phần không chịu lực của côngtrình, tạo nên không gian bên trong đáp ứng nhu cầu sử dụng;

− Tiếp nhận tải trọng từ sàn – dầm để truyền xuống móng, xuống nền đất;

− Tiếp nhận tải trọng ngang tác dụng lên công trình (phân phối giữa các cột, vách và truyềnxuống móng);

− Kết cấu chịu lực theo phương thẳng đứng còn có vai trò rất quan trọng trong việc giữ ổn địnhtổng thể công trình, hạn chế dao động, hạn chế gia tốc đỉnh và chuyển vị đỉnh

Trong thực tế, hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng gồm các lọai cơ bản sau :

- Hệ khung thông thường bao gồm các dầm ngang nối với các cột dọc thẳng đứng bằng cácnút cứng Khung có thể bao gồm cả tường trong và tường ngoài của nhà Kết cấu này chịu tảitrọng ngang kém, tính liên tục của khung cứng phụ thuộc vào độ bền và độ cứng của các liên kếtnút khi chịu uốn, các liên kết này không được phép có biến dạng góc Khả năng chịu lực củakhung phụ thuộc rất nhiều vào khả năng chịu lực của từng dầm và từng cột

- Việc thiết kế tính toán sơ đồ này chúng ta đã có nhiều kinh nghiệm, việc thi công cũngtương đối thuận tiện do đã thi công nhiều công trình, vật liệu và công nghệ dễ kiếm nên chắcchắn đảm bảo tính chính xác và chất lượng của công trình

- Hệ kết cấu này rất thích hợp với những công trình đòi hỏi sự linh hoạt trong công năng mặtbằng, nhất là những công trình như khách sạn Nhưng có nhược điểm là kết cấu dầm sàn thườngdày nên không chiều cao các tầng nhà thường phải lớn

- Sơ đồ khung có nút cứng bêtông cốt thép thường áp dụng cho dưới 20 tầng với thiết kếkháng chấn cấp ≤ 7, 15 tầng với kháng chấn cấp 8, 10 tầng với kháng chấn cấp 9

- Đây là kết cấu phát triển thêm từ kết cấu khung dưới dạng tổ hợp giữa kết cấu khung và lõicứng Lõi cứng làm bằng bêtông cốt thép Chúng có thể dạng lõi kín hoặc vách hở thường bố trítại khu vực thang máy và thang bộ Hệ thống khung bố trí ở các khu vực còn lại Hai hệ thốngkhung và lõi được liên kết với nhau qua hệ thống sàn Trong trường hợp này hệ sàn liền khối có

ý nghĩa rất lớn Thường trong hệ thống kết cấu này hệ thống lõi vách đóng vai trò chủ yếu chịutải trọng ngang, hệ khung chủ yếu chịu tải trọng đứng Sự phân chia rõ chức năng này tạo điềukiện để tối ưu hoá các cấu kiện, giảm bớt kích thước cột dầm, đáp ứng yêu cầu kiến trúc Trongthực tế hệ kết cấu khung-giằng tỏ ra là hệ kết cấu tối ưu cho nhiều loại công trình cao tầng Loạikết cấu này sử dụng hiệu quả cho các ngôi nhà đến 40 tầng

- Tải trọng ngang của công trình do cả hệ khung và lõi cùng chịu, thông thường do hình dạng

và cấu tạo nên lõi có độ cứng lớn nên cũng trở thành nhân tố chiụ lực ngang lớn trong công trìnhnhà cao tầng

2.5.4 HỆ KẾT CẤU KHUNG VÁCH – LÕI KẾT HỢP

Hệ kết cấu này là sự phát triển của hệ kết cấu khung - lõi, khi lúc này tường của côngtrình ở dạng vách cứng

Hệ kết cấu này là sự kết hợp những ưu điểm và cả nhược điểm của phương ngang vàthẳng đứng của công trình Nhất là độ cứng chống uốn và chống xoắn của cả công trình với tảitrọng gió Rất thích hợp với những công trình cao trên 40 tầng Tuy nhiên hệ kết cấu này đòi hỏithi công phức tạp hơn, tốn nhiều vật liệu, mặt bằng bố trí không linh hoạt

− Các hệ kết cấu hỗn hợp: kết cấu khung giằng, kết cấu khung vách, kết cấu ống lõi,…

− Các hệ kết cấu đặc biệt: kết cấu có tầng cứng, kết cấu có dầm truyền, kết cấu có hệ giằngliên tầng, kết cấu có khung ghép

Việc lựa chọn kết cấu chịu lực theo phương đứng chủ yếu dựa vào các yếu tố:

− Các yêu cầu của kiến trúc công trình: công năng – thẩm mỹ - kinh tế

− Khả năng đảm bảo bền vững, khả năng ổn định của công trình;

− Tính khả thi

Trong điều kiện cụ thể của công trình Morning Star, hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng đượcchọn là hệ khung – vách hỗn hợp

2.6 HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC NẰM NGANG

Trong nhà cao tầng, hệ kết cấu nằm ngang (sàn, sàn dầm) có vai trò:

− Tiếp nhận các tải trọng thẳng đứng trực tiếp tác dụng lên sàn (tải trọng bản thân sàn, người đilại, làm việc trên sàn, thiết bị đặt trên sàn,…) và truyền vào các hệ chịu lực thẳng đứng đểtruyền xuống móng, xuống nền đất;

− Đóng vai trò như một màng cứng liên kết các cấu kiện chịu lực theo phương đứng để chúnglàm việc đồng thời với nhau (Điều này thể hiện rõ khi công trình chịu các loại tải trọngngang)

Lựa chọn phương án sàn dựa trên các tiêu chí:

− Đáp ứng công năng sử dụng;

− Tiết kiệm chi phí;

− Thi công đơn giản;

− Đảm bảo chất lượng kết cấu công trình;

− Độ võng thoả mãn yêu cầu cho phép

Với vai trò như trên, trong thực tế, hệ kết cấu chịu lực theo phương ngang của nhà cao tầngthường là một trong số những loại sau:

Cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn

− Ưu điểm:

• Tính toán đơn giản;

• Được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi công phong phú nên thuận tiện choviệc lựa chọn công nghệ thi công

− Nhược điểm:

• Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn rất lớn khi vượt khẩu độ lớn, dẫn đến chiều caotầng của công trình lớn, gây bất lợi cho kết cấu công trình khi chịu tải trọng ngang vàkhông tiết kiệm chi phí vật liệu;

• Không tiết kiệm không gian sử dụng

− Nhược điểm:

• Không tiết kiệm, thi công phức tạp;

• Khi mặt bằng sàn quá rộng cần phải bố trí thêm các dầm chính Vì vậy, nó cũng khôngtránh được những hạn chế do chiều cao dầm chính phải lớn để giảm độ võng

Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột

− Ưu điểm:

• Chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm được chiều cao cơng trình;

• Tiết kiệm được khơng gian sử dụng;

• Dễ phân chia khơng gian;

• Dễ bố trí hệ thống kỹ thuật điện, nước ;

• Việc thi cơng phương án này nhanh hơn so với phương án sàn dầm bởi khơng phải mấtcơng gia cơng cốp pha, cốt thép dầm, cốt thép được đặt tương đối định hình và đơn giản.Việc lắp dựng ván khuơn và cốp pha cũng đơn giản

− Nhược điểm:

• Trong phương án này các cột khơng được liên kết với nhau để tạo thành khung do đĩ độcứng nhỏ hơn so với phương án sàn dầm, do vậy khả năng chịu lực theo phương ngangphương án này kém hơn phương án sàn dầm, chính vì vậy tải trọng ngang hầu hết dovách chịu và tải trọng đứng do cột chịu;

• Sàn phải cĩ chiều dày lớn để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủng do đĩ dẫnđến tăng khối lượng sàn

2.6.4 SÀN KHƠNG DẦM ỨNG LỰC TRƯỚC (ƯLT)

Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột Cốt thép được ứng lực trước

Ưu điểm: Ngoài các đặc điểm chung của phương án sàn

không dầm thì phương án sàn không dầm ứng lực trước sẽkhắc phục được một số nhược điểm của phương án sàn khôngdầm:

• Giảm chiều dày sàn khiến giảm được khối lượng sàn dẫntới giảm tải trọng ngang tác dụng vào công trình cũng nhưgiảm tải trọng đứng truyền xuống móng

• Tăng độ cứng của sàn lên, khiến cho thoả mãn về yêucầu sử dụng bình thường

• Sơ đồ chịu lực trở nên tối ưu hơn do cốt thép ứng lực trướcđược đặt phù hợp với biểu đồ mô men do tính tải gây ra,khiến cho tiết kiệm được cốt thép

Nhược điểm: Tuy khắc phục được các ưu điểm của sàn không

dầm thông thường nhưng lại xuất hiện một số khó khăn choviệc chọn lựa phương án này như sau:

• Thiết bị thi công phức tạp hơn, yêu cầu việc chế tạo và đặtcốt thép phải chính xác do đó yêu cầu tay nghề thi côngphải cao hơn, tuy nhiên với xu thế hiện đại hoá hiện nay thìđiều này sẽ là yêu cầu tất yếu

• Giá thành thiết bị còn cao, các thiết bị còn hiếm do trongnước chưa sản xuất được

Công nghệ BubbleDeck là một giải pháp kết cấu sàn tiên tiến, mang tính cách mạngtrong xây dựng khi sử dụng các quả bóng bằng nhựa tái chế thay thế phần bê tông không thamgia chụi lực ở phần thớ giữa của bàn sàn, làm giảm đáng kể trọng lượng bản thân kết cấu và tăngkhả năng vượt nhịp thêm khoảng 50% Bản sàn BubbleDeck phẳng không dầm liên kết trực tiếpvới hệ cột vách chụi lực Được sử dụng rất rộng rãi ở châu Âu, là hệ sàn phẳng nhẹ duy nhấtđược câu nhận tại nhiều quốc gia, được cấp chứng chỉ Hà Lan CUR 86

Öu ñieåm

Công nghệ sàn BubbleDeck mang nhiều ưu điểm sơ bộ về kinh tế kĩ thuật như sau

• Tạo tính linh hoạt trong thiết kế có khả năng thích nghi với mọi loại mặt bằng

• Giảm trọng lượng bản thân kết cấu-tới 35% từ đó giảm kích thước hệ kết cấu móng

• Gỉam thời gian thi công và các chi phí kèm theo

• Tiết kiệm bê tông với 2,3 daN nhựa tái chế thay thế 230 daN bê tông (trong 1 m3 vớisàn BD280)

• Lực động đất tác dụng lên công trình tỷ lệ thuận với khối lượng toàn công trình vàkhối lượng tương ứng trên từng cao độ sàn

• BubbleDeck là sàn phẳng chịu lực theo 2 phương, với ưu điểm giảm nhẹ trọng lượngbản thân, khi kết hợp với hệ cột và vách chụi lực sẽ tạo thành 1 giải pháp hiệu quảchống động đất cho các công trình cao tầng

• Ngoài ra BubbleDeck còn có một số đặc tính sau

• Khả năng cách âm, cách nhiệt vượt trội so với sàn bình thường

• Tiết kiệm và dễ dàng ngăn chia không gian do không sử dụng hệ thống dầm

• Thi công nhanh hơn sàn đặc sử dụng hệ dầm

• Tối ưu hóa chi phí bảo trì

• An toàn với môi trường…

• Thiết kế phức tạp phải sử dụng tiêu chuẩn nước ngoài

• Vật liệu bóng chưa phổ biến, vì vậy khi thi công những công trình cách xa nơi sảnxuất phải tốn thêm chi phí vận chuyển

• Với sàn có bước cột nhỏ đây không phải là 1 phương án hiệu quả

2.6.6 CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU SÀN

Công trình nhịp > 9m do đó phương án sàn không dầm UST căng sau và sàn Bubble là thíchhợp và khả thi nhằm tăng chiều cao thông thủy cho công trình và yêu cầu về kinh tế, kĩ thuật

Xuất phát từ ý tưởng chuyên đề “CHUYÊN ĐỀ SÀN PHẲNG DỰ ỨNG LỰC VÀ

BUBBLE DECK TRONG NHÀ CAO TẦNG - ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM” nên sinh

kinh tế, kỹ thuật thi công

Định hướng của chuyên đề là giới thiệu công nghệ tiên tiến cũng như phương pháp tính toántuy đã được áp dụng nhiều ở nước ngoài nhưng còn khá mới so với xây dựng Việt Nam đặc biệt

là sàn BUBBLE DECK & tìm ra được các khoảng nhịp kinh tế ứng với từng phương án sàn trêntuy nhiên chỉ xét trong một phạm vi hẹp là chỉ tiêu kinh tế (giá thành) và tiến độ của sàn

Trong phạm vi rộng hơn chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật thi công, của một dự án bao gồm rất nhiềuyếu tố nằm ngoài khả năng của sinh viên

2.7 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU PHẦN NGẦM

Thông thường, phần móng nhà cao tầng phải chịu một lực nén lớn, vì thế các giải pháp móngđược đề xuất gồm:

− Dùng giải pháp móng sâu thông thường: móng cọc khoan nhồi, cọc bê tông ly tâm ƯLT, ;

− Dùng giải pháp móng bè hoặc móng băng trên nền cọc;

+ Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán khi tính theo trạng thái giới hạn thứ hai khikéo dọc trục : R btn =R bt ser, = 1.80MPa

+ Cường độ tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất khi chịu nén dọc trục

Các cường độ tính toán của bê tông khi tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ nhất Rb, Rbt

và theo các trạng thái giới hạn thứ hai Rb,ser, Rbt,ser đưa vào tính toán phải nhân với hệ số điềukiện làm việc γbi

− Cốt thép gân ϕ ≥ 10mm AIII:

+ Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn : R sn =R s ser, = 390MPa

+ Cường độ chịu kéo tính toán cốt thép dọc:R s =365MPa

+ Cường độ chịu nén tính toán cốt thép dọc:R sc =365MPa

+ Cường độ tính toán cốt thép ngang : R sw =290MPa

+ Mô đun đàn hồi : E s = 20 10 × 4MPa

− Cốt thép trơn ϕ < 10mm AI với các chỉ tiêu

+ Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn : R sn =R s ser, = 235MPa

+ Cường độ chịu kéo tính toán cốt thép dọc: R s =225MPa

+ Cường độ chịu nén tính toán cốt thép dọc:R sc =225MPa

+ Cường độ tính toán cốt thép ngang : R sw =175MPa

+ Mô đun đàn hồi : E s = × 21 10 4MPa

− Cáp dự ứng lực loại 7 sợi, chất lượng cáp theo tiêu chuẩn ASTM A416 M – 98:

+ Diện tích mặt cắt ngang danh định : 98.7 mm2

+ Trọng lượng danh định : 0.785daN/m

+ Lực đứt cáp tối thiểu : 183.7 kN

2.9 LỰA CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CÁC CẤU KIỆN

2.9.1 SƠ BỘ TIẾT DIỆN VÁCH, LÕI

Theo TCXD 198:1997:Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bêtông cốt thép toàn khối”:

• Khi thiết kế các công trình sử dụng vách và lõi cứng chịu tải trọng ngang, phải bố trí ít nhất 3 vách cứng trong mộït đơn nguyên Trục của 3 vách này không gặp nhau tại một điểm

• Nên thiết kế các vách không thay đổi về độ cứng cũng như kích thước hình học

• Trong tính toán động đất, vách cứng thường được bố trí có độ cứng theo hai phương bằng nhau hoặc gần bằng nhau để đảm bảo chịu tác động của động đất theo cả hai phương

• Không nên chọn khoảng cách giữa các vách cứng và từ vách cứng tới biên quá lớn

• Vách cứng có chiều cao chạy suốt từ móng đến mái, đồng thời để đảm bảo điều kiện độ cứng không đổi trên toàn bộ chiều cao của lõi nên chiều dày vách của lõi cứng sẽ không thay đổi theo suốt chiều cao nhà

• Dựa vào mục 3.4.1 tiêu chuẩn 198-1997 – Nhà Cao Tầng – Thiết Kế Kết Cấu BTCT TồnKhối quy định như sau :

⇒Vậy sơ bộ chọn chiều dày các vách, lỏi là 300 mm, các vách ngăn giữa 200 mm.

2.9.2 SƠ BỘ TIẾT DIỆN CỘT

Cột là cấu kiện chịu lực chính trong hệ kết cấu nhà cao tầng, nhận tải trọng của dầm, sàn vàcùng chịu một phần tải trọng ngang với hệ vách, lỏi

Trong các nhà cao tầng thường kết cấu sư ưu tiên khơng thay đổi tiết diện cột từ trên xuốngdưới để đảm bảo độ cứng khung và ứng suất cục bộ tại vị trí thay đổi tiết diện cũng như tạo điềukiện cho thi cơng đĩng cốp pha và gia cơng thép tốt hơn Để tiếp kiệm người thiết kế cĩ thể thayđổi mác bê tơng ở các tầng nhưng điều này cũng gây khĩ khăn cho việc quản lý và giám sát chấtlượng

Ở mức độ đồ án sinh viên sơ bộ chọn tiết diện các cột như sau

Các cột khơng thay đổi tiết diện từ tầng hầm đến tầng mái với cấp độ bền là B30 (Mác 400):

Xuất phát từ cơng thức : SB

b

k N F

R

´

= Với N = å q Si. i

• Nén đúng tâm: k = 0.9¸ 1.1

• Nén lệch tâm: k = 1.1¸ 1.5 ⇒ Chọn hệ số k như sau : (1)

+ Cột gĩc : chọn k = 1,5 + Cột biên : chọn k = 1,3 + Cột giữa : chọn k = 1,1

• Si: là diện tích truyền tải vào cột của sàn i với tải trọng tính toán là qi

• Rb: cường độ chịu nén của bê tông phụ thuộâc cấp độ

bền hay Mác bê tông

Đối với nhà dân dụng BTCT thông thường: qi =900 ¸ 1500daN/cm2

Trong bài này ta chọn sơ bộqi= 1300 daN/cm 2 để tính toán

Bảng sơ bộ chọn Tiết Diên Cột Biên (10.4m x 10.4 m ) :

1 Tham khảo – Sổ Tay Kết Cấu Cơng Trình – Nguyễn Mạnh Hùng – NXB Xây Dựng

T 3 95.0 1300 1482624 1.1 9593 1000 x 1200 12000

T 2 95.0 1300 1606176 1.1 10393 1000 x 1200 12000

T 1 95.0 1300 1729728 1.1 11192 1000 x 1200 12000HẦM 1 95.0 1300 1853280 1.1 11992 1000 x 1200 12000HẦM 2 95.0 1300 1976832 1.1 12791 1000 x 1200 12000Khi chọn sơ bộ tiết diện cột sinh viờn chọn kớch thước cho một số cột nhỏ hơn tiết diện sơ bộtuy nhiờn điều này cũng cú sỡ khi kể đến hệ vỏch ,lỏi tham gia chịu lực cựng với cột

Trong quỏ trỡnh phõn tớch kiểm tra chu kỡ và chuyển vị đỉnh cũng như nội lực phõn phối trờncỏc cột mà sinh viờn sẽ cú sự điều chỉnh hợp lớ như vậy tiết diện cột được chọn như sau :

+ Cỏc cột biờn trục A và trục E : 800 1000 ì mm;

+ Cỏc cột biờn trục 1 và trục 6 : 800 1000ì mm;

+ Cỏc cột giữa : 1000 1200ì mm

2.9.3 SƠ BỘ TIẾT DIỆN SÀN

2.9.3.1 SÀN PHẲNG UST CĂNG SAU

Chọn chiều dày sàn khụng dầm ƯLT cần chỳ ý đến yờu cầu về độ vừng và khả năng chốngnộn thủng sàn Theo kinh nghiệm, chiều dày sàn được chọn trong khoảng (1 40 1 50 Lữ ) max

Chung cư cao cấp Morning Star cú nhịp lớn nhất là Lmax =10.4m

Kíchthớcbóng(mm)

Bớc cột(nhiềunhịp)(m)

Chiềudàicôngxôn lớnnhất(m)

Bớc cột(mộtnhịp)(m)

Khối ợng sànhoànthành(daN/m2)

Trọng ợng BT

l-đổ tạichỗ(m3/m2)

Chiều dài nhịp L max = 10,4 m chiều dày phù hợp là sàn là 340 mm (BD340)

Tuy nhiên nhịp cơ bản của công trình vẫn nhỏ hơn 10 m chỉ có hai nhịp 10,4 m xét về mặt thức tế chế tạo bóng thi công thì bóng φ225 cho sàn BD280 sản xuất phổ biến nên để tạo điều kiện thuận lợi cho công tác thi công và tính khả thi của phương án nên ta chọn chiều dày sàn là 280 mm.

2.10 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Nhờ sự trợ giúp của máy tính điện tử, việc tính toán có thể dựa trên những sơ đồ tính toánphức tạp hơn để phản ánh đúng hơn sự làm việc thực của kết cấu Ví dụ tiêu biểu, ta có thể giải

hệ khung không gian dễ dàng mà không cần đưa về các khung phẳng nữa Việc nhờ đến máytính điện tử để xây dựng các mô hình phức tạp gần với thực tế là cần thiết,nhất là với hệ kết cấuphức tạp như công trình này Tuy nhiên, việc tính toán lại bằng tay với những phương pháp cơhọc thuần túy là rất cần thiết để kiểm soát kết quả tính của máy tính điện tử Đồng thời khảo sátcác mô hình đơn giản để rút kinh nghiệm cũng là một phương pháp tốt để kiểm soát kết quảphân tích của máy tính

2.10.1 CÁC GIẢ THIẾT TÍNH TOÁN

− Sàn được xem là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó (mặt phẳng ngang)

− Liên kết giữa sàn và các cấu kiện chịu lực thẳng đứng được xem là liên kết cứng

− Biến dạng dọc trục của sàn xem như không đáng kể

− Trong tính toán bằng tay, bỏ qua sự ảnh hưởng độ cứng uốn của sàn tầng này đến các sàntầng kế bên

− Mọi thành phần hệ chịu lực trên từng sàn đều có chuyển vị ngang bằng nhau

− Mặt ngàm của công trình được giả thiết là mặt trên đài móng

− Tải trọng ngang truyền vào công trình dưới dạng lực tập trung tác dụng vào tâm cứng củacác sàn Sau đó, tải trọng này mới truyền vào các cấu kiện chịu lực thẳng đứng như cột,vách

2.10.2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KẾT CẤU

Việc tính toán xác định nội lực, chuyển vị, các đặc trưng động học của kết cấu với khốilượng tính toán khổng lồ hầu như không thể thực hiện bằng tay Do đó, cần nhờ đến các phầnmềm máy tính Phương pháp tính của máy tính điện tử chủ yếu dựa trên 3 mô hình sau:

− Mô hình liên tục: Giải trực tiếp phương trình vi phân bậc cao, chủ yếu dựa trên lý thuyết tấm

vỏ Phương án này phản ánh tốt nhất sự làm việc của kết cấu nhưng khối lượng tính rất lớn,không thể giải quyết các bài toán lớn

bản (thanh, tấm, khối) Mỗi phần tử được giả thiết mang một phương trình nội suy nôi lực,chuyển vị riêng Các chuyển vị nút được xác định trước tiên dựa vào việc giải quyết các hệphương trình cực lớn Sau đó, nội lực, chuyển vị được xác định thông qua các phương trìnhnội suy đặc trưng cho từng phần tử

− Mô hình rời rạc – liên tục: Từng hệ chịu lực được xem là rời rạc, nhưng các hệ chịu lực này

sẽ liên kết lại với nhau thông qua các liên kết trượt xem là phân bố liên tục theo chiều cao.Khi giải quyết bài toán này ta thường chuyển hệ phương trình vi phân thành hệ phương trìnhtuyến tính bằng phương pháp sai phân Từ đó giải các ma trận và tìm nội lực

Trong 3 phương pháp trên, phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên mô hình rời rạc là phổbiến hơn cả Nội dung cơ bản nhất của phương pháp như sau:

− Phân tích phần tử hữu hạn là cách ước định phản ứng của những kết cấu có hình dạng phứctạp chịu tải trọng bất kỳ bằng cách chia các hình dạng phức tạp đó thành hàng loạt nhữnghình dạng đơn giản nhỏ hơn Hình dạng của mỗi phần tử hữu hạn được định nghĩa bởi cácnút của nó Phản ứng của các phần tử được xác định dựa vào bậc tự do thể hiện ở các nút

− Chúng ta có khả năng thể hiện ứng xử của mỗi phần tử hữu hạn riêng biệt dưới tác động đãbiết nên cũng có khả năng mô hình hóa toàn bộ kết cấu bằng cách ghép toàn bộ các phần tửnhỏ của kết cấu vào cùng một phương trình lớn với bậc tự do của mỗi điểm là chưa xác định.Những phương trình này sau đó được giải bằng kỹ thuật ma trận

− Cho những bài toán tuyến tính (linear problem), khi chịu tải trọng, năng lượng của tải trọngngoài tích lũy trong kết cấu dưới dạng năng lượng (thế năng) biến dạng đàn hồi, năng lượngnày sau đó được phục hồi nếu dỡ tải Năng lượng này có độ lớn bằng diện tích giới hạn bởiđường cong thể hiện quan hệ ứng suất – biến dạng trong hệ tọa độ ɛOσ Biểu thức xác địnhnăng lượng biến dạng đàn hồi:

T V

U =∫ε σdv

Trong đó: ɛ và ν là tổng ứng suất và biến dạng

− Phương trình cân bằng cơ bản được thiết lập bởi nguyên lý công ảo Nguyên lý phát biểurằng với bất kỳ một biến dạng nhỏ nào của kết cấu, tổng công do nội lực gây ra phải cânbằng với tổng công do ngoại lực gây ra Phương trình cân bằng được thể hiện:

rạc liên kết với nhau thông qua các nút Chuyển vị trong mỗi phần tử được nội suy từ chuyển

vị của các nút tùy theo từng loại phần tử, ví dụ với phần tử e ta có:

( )e ( ) ( )e e

u =N a

Trong đó:

• N(e) là phương trình nội suy chuyển vị hoặc ma trận phụ thuộc hình dạng phần tử;

• a(e) là vec tơ chuyển vị nút

− Biến dạng trong phần tử được xác định thông qua chuyển vị nút:

( )e B a( ) ( )e e

ε =

Trong đó: B là ma trận biến dạng – chuyển vị

− Với các phần tử đàn hồi tuyến tính, ứng suất trong mỗi phần tử được xác định:

• là ma trận ứng suất ban đầu;

• là ma trận biến dạng ban đầu

− Phương trình của nguyên lý công ảo:

Trong đó Ns(e) là hàm nội suy cho bề mặt phần tử và n là số phần tử trong nhóm

− Bằng cách sử dụng nguyên lý công ảo, phương trình cân bằng của nhóm phần tử được thiếtlập:

• Rc là vec tơ lực do tải trọng tập trung: R c=F

− Khi phương trình cân bằng của nhóm phần tử được giải (thông thường nhờ các phép tính matrận), chuyển vị của từng nút được xác định Nhờ ma trận nội suy ứng suất, ma trận nội suycủa từng phần tử hữu hạn, ta hoàn toàn xác định được ứng suất và biến dạng (xấp xỉ) của tất

cả các phần tử

2.10.3 LỰA CHỌN CÔNG CỤ TÍNH TOÁN

− Phần mềm SAP v14.0.: phần mềm phần tử hữu hạn phân tích các cấu kiện tổng quát

− Phần mềm ETABS v9.7.: phần mềm phần tử hữu hạn chuyên phân tích kết cấu nhà cao tầng

− Phần mềm SAFE v12.3.0: phần mềm phần tử hữu hạn chuyên phân tích cầu kiện dạng tấm(bản sàn, móng bè…)

Cả 3 phần mềm trên có khả năng phân tích kết cấu (ứng suất, nội lực, chuyển vị các cấu kiện,đặc trưng động học công trình) và cả khả năng thiết kế cấu kiện thép, bê tông cốt thép Sinh viênchỉ khai thác tính năng phân tích của những chương trình trên

TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG

3.1 NGUYÊN TẮC CHUNG TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG

Khi thiết kế nhà và công trình phải tính đến các tải trọng sinh ra trong quá trình sử dụng,xậy dựng cũng như trong quá trình chế tạo, bảo quản và vận chuyển kết cấu

Khi thiết kế tính toán nhà cao tầng, hai đặc trưng cơ bản của tải trọng là tải trọng tiêuchuẩn và tải trọng tính toán Tải trọng tính toán là tích của tải trọng tiêu chuẩn với hệ số tincậy tải trọng Hệ số này tính đến khả năng sai lệch bất lợi có thể xảy ra của tải trọng so với giátrị tiêu chuẩn và được xác định phụ thuộc vào trạng thái giới hạn được tính đến

- Hệ số vượt tải γ :

 Khi tính toán cường độ và ổn định, hệ số vượt tải lấy theo các điều 3.2; 4.2.2;

4.3.3; 4.4.2; 5.8; 6.3; 6.17 TCVN 2737 – 1995 “ Tải trọng và tác động”.

 Khi tính độ bền mỏi lấy bằng 1

 Khi tính toán theo biến dạng và chuyển vị lấy bằng 1

Theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 2737 – 1995 “Tải trọng và tác động”, tải trọng được chia thành tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời Ngoài ra ta cần phải xét tới tải

trọng đặc biệt tác dụng lên nhà cao tầng cụ thể như động đất…

3.1.1 Tải trọng thường xuyên ( Tĩnh tải )

Là các tải trọng tác dụng không biến đổi trong quá trình xây dựng và sử dụng côngtrình

Tải trọng thường xuyên gồm có:

 Khối lượng bản thân các phần nhà và công trình, gồm khối lượng các kết cấuchịu lực và các kết cấu bao che

 Khối lượng và áp lực của đất do lấp hoặc đắp

Trọng lượng bản thân được xác định theo cấu tạo kiến trúc của cộng trình bao gồm tường,cột, dầm, sàn các lớp vữa trát, ốp, lát, các lớp cách âm, cách nhiệt…v.v và theo trọng lượngđơn vị vật liệu sử dụng Hệ số vượt tải của trọng lượng bản thân thay đổi từ 1,05  1,3 tùytheo loại vật liệu sử dụng và phương pháp thi công

3.1.2 Tải trọng tạm thời ( Hoạt tải )

Tải trọng tạm thời là các tải trọng có thể không có trong một giai đoạn nào đó của quá trìnhxây dựng và sử dụng

Tải trọng tạm thời được chia làm hai loại: tạm thời dài hạn và tạm thời ngắn hạn. Tải trọng tạm thời dài hạn gồm có:

Khối lượng vách tạm thời, khối lượng phần đất và khối lượng bêtông đệm dướithiết bị.

Khối lượng các thiết bị, thang máy, ống dẫn …

Tác dụng của biến dạng nền không kèm theo sự thay đổi cấu trúc đất

Tác dụng do sự thay đổi độ ẩm, co ngót và từ biến của vật liệu

Tải trọng tạm thời ngắn hạn gồm có:

Khối lượng người, vật liệu sửa chữa, phụ kiện, dụng cụ và đồ gá lắp trongphạm vi phục vụ và sửa chữa thiết bị

Tải trọng do thiết bị sinh ra trong quá trình hoạt động, đối với nhà cao tầng đó

là do sự hoạt động lên xuống của thang máy

Tải trọng gió lên công trình bao gồm gió tĩnh và gió động

3.1.3 Tải trọng đặc biệt

- Tải trọng động đất

- Tải trọng do nổ, cháy

- Tác động của biến dạng nền gây ra do thay đổi cấu trúc đất như biến dạng do sụt

lở hoặc lún ướt, ảnh hưởng của các công trình xây dựng xung quanh

Tổ hợp tải trọng đặc biệt do tác dụng của động đất không tính đến tải trọng gió

Tổ hợp tải trọng cơ bản được chia làm hai loại: tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2

Tổ hợp cơ bản 1 có một tải trọng tạm thời thì giá trị của tải trọng tạm thời được lấy toàn

bộ, tổ hợp cơ bản 2 là tổ hợp có 2 tải trọng tạm thời trở lên thì tải trọng tạm thời hoặc nộilực phải nhân với hệ số tổ hợp như sau :

Tải trọng tạm thời dài hạn và ngắn hạn nhân với hệ số ψ =0.9

Khi có thể phân tích ảnh hưởng riêng biệt của từng tải trọng tạm thời ngắn hạn lênnội lực, chuyển vị trong các kết cấu và nền móng thì ảnh hưởng của tải trọng lớnnhất không giảm, tải trọng thứ hai nhân với hệ số 0,8 ; các tải trọng còn lại nhân với

thiết kế các cơng trình trong vùng động đất hoặc các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu và nền mĩngkhác.

Khi tính kết cấu hoặc nền mĩng theo cường độ và ổn định với các tổ hợp tải trọng cơ bản

và đặc biệt trong trường hợp tác dụng đồng thời của ít nhất hai tải trọng tạm thời (dài hạn và

ngằn hạn), thì nội lực tính tốn cho phép lấy theo các chỉ dẫn ở phụ lục A (TCVN 2737 – 1995).

TCVN 2737:1995 cùng các chỉ dẫn kèm theo là cơ sở cho việc xác định tải trọng, tác độnglên cơng trình

3.2 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG THẲNG ĐỨNG

3.2.1TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN SÀN

Tĩnh tải tác dụng lên sàn do các lớp cấu tạo sàn và do tường xây trên sàn Để đơn giản, tảitrọng tường xây được quy về phân bố đều trên diện tích sàn Tại các vị trí tường 200 xem nhưđều cĩ chi tiết cấu tạo dầm ảo trong sàn nhắm chống ứng suất cục bộ

Tải trọng tường xây trên sàn quy về phân bố đều

ST

T Loại tường

Rộ ng (m)

Da øi (m )

Ca o (m )

Diện tích sàn (m2)

γ (daN/

Tổng tải tường quy về phân bố đều (daN/m2) 203.42 223.76

3.2.1.1 Sàn tầng hầm 1 -2 ( khơng cĩ tường xây)

Tải trọng thường xuyên do các lớp cấu tạo sàn hầm 1 -2 ST

T Các lớp cấu tạo γ(daN/m 3 ) δ(mm ) gs

3.2.2 HOẠT TẢI TÁC DỤNG LÊN SÀN

Mục đích sử dụng

Hoạt tải tiêu chuẩn Hệ số

độ tin cậy

Hoạt tải tính toán

Để đơn giản, ta xem hoạt tải tác dụng lên mỗi sàn tầng là phân bố đều và giá trị bằng trungbình giá trị hoạt tải tác dụng theo diện tích các phòng của mỗi sàn tầng

Sàn tầng Hoạt tải tiêu chuẩn Hệ số độ tin cậy Hoạt tải tính toán

3.3.1 SỰ KHÁC NHAU CƠ BẢN GIỮA BÀI TOÁN ĐỘNG VÀ BÀI TOÁN TĨNH

Bài toán động khác với bài toán tĩnh tương ứng ở hai đặc tính quan trọng sau đây:

− Thứ nhất, tải trọng thay đổi theo thời gian (có thể thay đổi cả điểm đặt, độ lớn, phương vàchiều tác dụng) Sự thay đổi tải trọng tất nhiên cũng làm nội lực trong kết cấu thay đổi theothời gian Như vậy, kết quả phân tích kết cấu phải là một hàm của thời gian, nói cách khácphụ thuộc vào thời điểm trong lịch sử phản ứng kết cấu;

− Thứ hai, kết cấu hay bộ phận kết cấu có khối lượng chuyển động có gia tốc tất yếu phát sinhlực quán tính Các phương trình cân bằng tĩnh học do đó chỉ đúng khi kể thêm lực quán tínhnày

3.3.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BÀI TOÁN PHÂN TÍCH ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC

Các giả thiết của bài toán (trang 138/[10]):

− Bản sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó;

− Các cột hoặc các bộ phận thẳng đứng chịu lực không có khối lượng nhưng có tổng độ cứng

là r và biến dạng dọc của chúng được xem là không đáng kể;

− Cơ cấu phân tán năng lượng được biểu diễn bằng bộ phận giảm chấn thủy lực c

Xem công trình là thanh công xôn có hữu hạn khối lượng tập trung

Xét hệ gồm một thanh công xôn có n điểm tập trung khối lượng có khối lượng tương ứng

M1, M2, , Mn

Phương trình vi phân tổng quát dao động của hệ khi bỏ qua khối lượng thanh:

[ ] [ ] [ ]M U + C U. + K U W= '( )τ (1)Trong đó:

• [ ] [ ] [ ]M , C , K - ma trận khối lượng, ma trận cản và ma trận độ cứng của hệ;

• U U U, , - vector gia tốc, vận tốc, chuyển vị của các toạ độ xác định bậc tự do của hệ;

• W'( )τ - vector lực kích động đặt tại các toạ độ tương ứng

Tần số và dạng dao động riêng của hệ được xác định từ phương trình vi phân thuần nhấtkhông có cản (bỏ qua hệ số cản C):

•

1 2

n

M

M M

k

δ

=

Điều kiện tồn tại dao động là phương trình (4) tồn tại nghiệm không tầm thường: y ≠ 0 Do

đó K−ω2M= 0 (5) có nghiệm không tầm thường Vì thế phải thoả mãn điều kiện:

• mj: khối lượng tập trung tại điểm thứ j;

• δij: chuyển vị tại điểm j do lực đơn vị đặt tại điểm i gây ra;

• ωi: Tần số vòng của dao động riêng (rad/s)

Phương trình (6) là phương trình đặc trưng, từ phương trình trên ta có thể xác định n giá trịthực, dương của ωi Thay các giá trị ωi vào phương trình (4) sẽ xác định được các dạng dao độngriêng

Với n > 3, việc giải bài toán trở nên cực kỳ phức tạp, khi đó tần số và dạng dao động đượcxác định bằng cách giải trên máy tính hoặc bằng các công thức thực nghiệm (gần đúng) Trong

đồ án, sinh viên nhờ vào phần mềm ETABS để xác định các đặc trưng động học của công trình

Toàn bộ các kết cấu chịu lực của công trình được mô hình hoá dạng không gian 3 chiều, sửdụng các dạng phần tử khung (frame) cho cột, dầm và phần tử tấm vỏ (shell) cho sàn và váchcứng

Khối lượng tập trung được khai báo khi phân tích dao động theo mục 3.2.4 TCXD 229:1999

là 100% tĩnh tải và 50% hoạt tải

MODE 1

MODE 2

MODE 3

UX(%) (%)UY (%)UZ SumUX SumUY

• Tỷ lệ giữa chu kỳ dao động dạng II (4, 5, 6) và dạng I (1, 2, 3) là 1 3 1 5÷ , giữa dạng III(7, 8, 9) và dạng I (1, 2, 3) là 1 5 1 7÷

• Chu kỳ dao động riêng đầu tiên nằm trong khoảng (0.06 0.08÷ )N cho hệ kết cấu khung vách, với N là số tầng nhà (Bảng 2.2-5) Để kể tới ảnh hưởng của tường gạch xây chèn và

-các cấu kiện phi kết cấu khác, theo Hỏi đáp thiết kế và thi công kết cấu nhà cao tầng –

Triệu Tây An, có thể xét đến hệ số giảm chu kỳ α0, với hệ kết cấu khung – vách

0 0.7 0.8

α = ÷ (Bảng 2.2-6).

Như vậy đối với công trình này, hệ kết cấu khung – vách và N= 16 tầng nên chu kì dao độngriêng hợp lý T1 nằm trong khoảng T1=(1.2 1.828÷ ) giây Mặt khác, đối với sàn dự ứng lực bêtông sàn bị nén lại nên độ cứng cảu sàn sẽ tăng lên Điều này làm cho chu kì dao động thực củacông trình sẽ giảm xuống tuy nhiên ở mức độ đồ án tốt nghiệp sinh viên không xét tới ảnhhưởng của lực căng trước đến độ cứng của sàn BTCT.

Căn cứ vào những nhận định trên ta nhận thấy kết quả phân tích dao động có được ở trên làđáng tin cậy, cấu kiện chịu lực theo phương đứng được bố trí hợp lý

3.4 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ

Tác động của gió lên công trình mang tính chất của tải trọng động và phụ thuộc các thông sốsau:

• Thông số về dòng khí: tốc độ, áp lực, nhiệt độ, hướng gió

• Thông số vật cản: hình dạng, kích thước, độ nhám bề mặt

• Dao động của công trình

Tải trọng gió gồm 2 thành phần:

• Thành phần tĩnh luôn được kể đến với mọi công trình cao tầng

• Thành phần động được kể đến với nhà nhiều tầng cao trên 40m

3.4.1 Thành Phần Tĩnh Của Tải Trọng Gió

Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió Wj ở độ cao zj so với mốc chuẩn xác địnhtheo công thức:

 Công trình được xem là thuộc dạng địa hình C

Hệ số k được xác định trên cơ sở mô tả biến thiên vận tốc gió theo độ cao là hàm số mũ:

( )

t

m g

độ cao gradient của địa hình dạng t; mt – là số mũ tương ứng với địa hình dạng t Trabảng A1 TCXD 299:1999, dạng địa hình C ta được: ztg = 400m, mt = 0.14

( ) 1.844 2 1.844 2 0.14 1.844 0.28

t

m t

c= − với mặt khuất gió Hệ số khí động toàn phần: c=0.8 0.6 1.4+ =

Lực gió tập trung truyền vào tâm cứng từng sàn xác định theo công thức:

Trong đó:

• γ - hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, bằng 1.2;

• B – bề rộng công trình theo từng phương (Bx = 48m, By = 39.6m);

• hj – chiều cao diện tích đón gió

THÀNH PHẦN TĨNH CỦA TẢI TRỌNG GIÓ

TẦNG trình Cao

z (m)

Chieàu cao taàng

3.4.2Thành Phần Động Của Tải Trọng Gió

Tùy mức độ nhạy cảm của công trình đối với tác dụng động học của tải trọng gió mà thànhphần động của tải trọng gió chỉ cần kể đến tác động do thành phần xung của vận tốc gió hoặc cảvới lực quán tính của công trình Mức độ nhạy cảm được đánh giá qua tương quan giữa giá trịcác tần số dao động riêng cơ bản của công trình, đặc biệt là tần số dao động riêng thứ nhất, vớitần số giới hạn fL

Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL tra từ bảng 2 TCXD 229:1999 ứng với vùng áplực gió II và độ giảm loga dao động của kết cấu δ = 0.3 ứng với công trình bê tông cốt thép

⇒ fL = 1.3 Hz

Tần số dao động cơ bản của công trình:

1 1

1 1

0.744 1.3 1.345

MAI D1 0.0000 0.0315- 0.0298- 0.0000

TANG 13 D1 0.0000 0.0278- 0.0267- 0.0000TANG 12 D1 0.0000 0.0253- 0.0246- 0.0000TANG 11 D1 0.0000 0.0228- 0.0224- 0.0000TANG 10 D1 0.0000 0.0203- 0.0201- 0.0000TANG 9 D1 0.0000 0.0177- 0.0177- 0.0000TANG 8 D1 0.0000 0.0151- 0.0153- 0.0000TANG 7 D1 0.0000 0.0125- 0.0128- 0.0000TANG 6 D1 0.0000 0.0100- 0.0103- 0.0000TANG 5 D1 0.0000 0.0076- 0.0079- 0.0000TANG 4 D1 0.0000 0.0054- 0.0057- 0.0000TANG 3 D1 0.0000 0.0034- 0.0036- 0.0000TANG 2 D1 0.0000 0.0018- 0.0019- 0.0000TANG 1 D1 0.0000 0.0002- 0.0002- 0.0000

Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j (tầng thứ j) ứngvới dạng dao động riêng thứ i được xác định theo công thức:

p(ji) j i i ji

W =Mξ ψ yTrong đó :

• Wp(ji) – Lực, đơn vị là daN hay kN tùy thuộc đơn vị tính toán của WFj trong công thức tính

hệ số ψi;

• Mj – Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j;

• ξi – Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên;

• yji – Dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao độngthứ i, không thứ nguyên;

• ψi– hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi mỗiphần tải trọng gió có thể coi như không đổi

3.4.2.1 Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j M j

TẦNG KHỐI LƯỢNG

TẦNG (kN)

TẦNG MÁI 16939.86TẦNG 13 25694.97TẦNG 12 25694.97TẦNG 11 25694.97TẦNG 10 25694.97TẦNG 9 25694.97TẦNG 8 25694.97TẦNG 7 25694.97TẦNG 6 25694.97TẦNG 5 25694.97TẦNG 4 25694.97TẦNG 3 25694.97TẦNG 2 26599.61TẦNG 1 41446.1HẦM 1 44296.02

ji Fj j

i n

ji j j

• WFj – Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j củacông trình, ứng với các dạng dao động khác nhau khi chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vậntốc gió, được xác định theo công thức:

 Sj – Diện tích đón gió của phần j của công trình (m2);

 ζj – Hệ số áp lực động của tải trọng gió, ở độ cao ứng với phần thứ j của công trình,phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao z Ứng với dạng địa hình C của công trình:

( ) 0.684 0.14

10

C

z z

Trong đó: