PHẦN 2: KẾT CẤU (55%) GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS GIANG VĂN KHIÊM SINH VIÊN THỰC HIỆN : ĐÀO NGỌC KHÁNH VY LỚP : 2011X1 NHIỆM VỤ: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CƠNG TRÌNH TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CƠNG TRÌNH THIẾT KẾ CẦU THANG BỘ ĐIỂN HÌNH, LÕI THANG MÁY THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH VỚI PHƯƠNG ÁN SÀN SƯỜN BÊ TƠNG CỐT THÉP TỒN KHỐI : - THIẾT KẾ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP TẦNG ĐIỂN HÌNH - THIẾT KẾ KHUNG TRỤC X1 BÊ TƠNG CỐT THÉP THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH VỚI PHƯƠNG ÁN SÀN LIÊN HỢP THÉP- BÊTONG - THIẾT KẾ TÍNH TỐN SÀN LIÊN HỢP THÉP- BETONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH VỚI PHƯƠNG ÁN SÀN KHƠNG DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP -TÍNH TỐN THIẾT KẾ SÀN KHƠNG DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH VỚI PHƯƠNG ÁN SÀN UBOOT-BETON -TÍNH TỐN THIẾT KẾ SÀN UBOOT-BETON THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH VỚI PHƯƠNG ÁN SÀN UBOOT-BETON ỨNG LỰC TRƯỚC -TÍNH TỐN THIẾT KẾ SÀN UBOOT-BETON ỨNG LỰC TRƯỚC SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 10 KIỂM TRA CHỐNG LẬT VÀ ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CƠNG TRÌNH CHƯƠNG LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Hiện nay, giới Việt Nam, yêu cầu xây dựng nhà cao tầng thiết, nhằm giải vấn đề về gia tăng nhanh chóng dân thành thị, giá đất xây dựng ngày cao yêu cầu yêu cầu phát triển kinh tế xã hội Ngoài ra, với tiến khoa học kỹ thuật, việc sử dụng sắt thép xi măng, phát minh thang máy, giới hóa điện khí hóa xây dựng có vai trò hỗ trợ đắc lực, chí định thiết kế thi công nhà cao tầng Phát triển nhà cao tầng xu tất yếu Hầu hết nhà cao tầng có đặc điểm riêng biệt, thiết kế kiến trúc có ảnh hưởng tới kết cấu Trong giai đoạn yêu cầu phải có giải pháp thiết kế đạt hiệu kinh tế Các cơng trình có thiết kế kiến trúc phức tạp ngày nhiều, vai trò người kĩ sư kết cấu quan trọng tham gia giai đoạn thiết kế sơ Nhiệm vụ kỹ sư kết cấu thiết kế nhà cao tầng tìm giải pháp tối ưu với giá thành thấp Như người kỹ sư thiết kế cần ý thức tầm quan trọng mối liên hệ lĩnh vực khác kiến trúc hay thiết bị kỹ thuật công nghệ kinh tế Về kết cấu, cơng trình định nghĩa nhà cao tầng độ bền vững chuyển vị tải trọng ngang định Cơng trình cao, ảnh hưởng tải trọng ngang lớn, nhà cao tầng có đặc điểm riêng tải trọng tác dụng kết cấu, vật liệu sử dụng tính tốn Mặc dù chưa có thống chung định nghĩa nhà cao tầng mà có danh giới đa số kỹ sư kết cấu chấp nhận, có chuyển tiếp từ “phân tích tĩnh học sang phân tích động học” 1.1.1 Tải trọng Việc xác định xác tải trọng thiết kế quan trọng để đảm bảo dung hòa hai yếu tố: độ bền vũng cho kết cấu tính kinh tế tồn cơng trình Kết cấu nhà cao tầng tính tốn với loại tải trọng sau + Tải trọng thẳng đứng (thường xuyên tạm thời) + Tải trọng gió (thành phần tĩnh thành phần động) + Tải trọng động đất (cho công trình xây dựng vùng có động đất) Ngồi ra, kết cấu nhà cao tầng cần phải tính tốn kiểm tra với trường hợp tải trọng sau: + Do ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ + Do ảnh hưởng từ biến + Do trình thi công + Do áp lực nước ngầm đất Khả chịu lực kết cấu cần kiểm tra theo tổ hợp tải trọng, quy định theo tiêu chuẩn hành 1.1.2 Lựa chọn vật liệu Nhà cao tầng thường có tải trọng lớn, nên vật liệu xây dựng cần có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, khả chống cháy tốt để điều kiện giảm đáng kể tải trọng cho cơng trình, kể tải trọng đứng tải trọng ngang Vật liệu có tính thối biến thấp: Có tác dụng tốt chịu tác dụng tải trọng lặp lại (động đất, gió bão) Vật liệu có tính biến dạng cao: Khả biến dạng dẻo cao bổ sung cho tính chịu lực thấp Vật liệu có tính liền khối cao: Có tác dụng trường hợp tải trọng có tính chất lặp lại khơng bị tách rời phận cơng trình Vật liệu có giá thành hợp lý Trong điều kiện Việt Nam hay nước vật liệu BTCT thép loại vật liệu nhà thiết kế sử dụng phổ biến kết cấu nhà cao tầng 1.1.3 Hình dạng cơng trình sơ đồ bố trí kết cấu 1.1.3.1 Sơ đồ mặt bằng, sơ đồ kết cấu Nhà cao tầng cần có mặt đơn giản, tốt lựa chọn hình có tính chất đối xứng cao Trong trường hợp ngược lại cơng trình cần phân phần khác để phần có hình dạng đơn giản Các phận kết cấu chịu lực nhà cao tầng vách, lõi, khung cần phải bố trí đối xứng Trong trường hợp kết cấu khơng thể bố trí đối xứng cần phải có biện pháp đặc biệt chống xoắn cho cơng trình Hệ thơng kết cấu cần bố trí làm sau để trường hợp tải trọng sơ đồ làm việc phận kết cấu rõ rang mạch lạc truyền tải cách mau chóng tới móng cơng trình Tránh dùng sơ đồ kết cấu có dạng cánh mỏng kết cấu dạng cơng-sơn theo phương ngang loại kết cấu dễ bị phá hoại tác dụng động đất gió bão 1.1.3.2 Theo phương thẳng đứng Độ cứng kết cấu theo phương thẳng cần phải thiết kế thay đổ giảm dần lên phía Cần tránh thay đổi đột ngột độ cứng hệ kết cấu (như làm việc thông tầng, giảm cột thiết kế dạng cột hẫng chân thiết kế dạng sàn giật cấp) Trong trường hợp đặc biệt nói người thiết kế cần phải có biện pháp tích cực làm cứng thân hệ kết cấu để tránh phá hoại vùng xung yếu 1.1.3.3 Cấu tạo phận liên kết Kết cấu nhà cao tầng cần phải có bậc siêu tĩnh cao để trường hợp bị hư hại tác động đặc biệt khơng bị biến thành hệ biến hình Các phận kết cấu cấu tạo để bị phá hoại trường hợp tải trọng kết cấu nằm ngang sàn, dầm bị phá hoại trước so với kết cấu thẳng đứng: cột, vách 1.1.3.4 Tính tốn kết cấu Hệ kết cấu nhà cao tầng cần thiết tính toán tĩnh lực động lực Các phận kết cấu tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ trạng thái giới hạn thứ hai Khác với nhà thấp tầng, cần phải phối hợp điều kiện: + Khả chịu lực + Các yêu cầu sử dụng bình thường (dao động, chuyển vị) + Ổn định Yếu tố ảnh hưởng lớn tải trọng ngang, cơng trình cao tầng ảnh hưởng hình dạng kết cấu lớn Đối với nhà thấp tầng khả chịu lực phận kết cấu yêu cầu quan trọng Tuy nhiên chueeyf cao cơng trình tăng lên yếu tố sau trở lên quan trọng: + Tải trọng đứng gồm: Trọng lượng thân hoạt tải sử dụng + Ảnh hưởng tải trọng ngang gió động đất + Việc xác định độ lớn giá trị tải trọng ngang đưa vào thiết kế + Chuyển vị ngang đỉnh cơng trình chuyển vị lệch tầng + Gia tốc giao động + Ảnh hưởng chuyển vị ngang tới phận không chịu lực + Hiệu ứng uốn dọc (P-Delta), chuyển vị từ biến, chuyển vị chênh lệch kết cấu chịu tải trọng đứng + Ổn định tổng thể chống lật chống trượt + Tầm quan trọng cấu kiện chịu kéo + Việc xác định tương tác cơng trình 1.2 GIỚI THIỆU VỀ HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC BÊ TÔNG CỐT THÉP Đây hệ kết cấu thông dụng dùng phổ biến Việt Nam Với nhà cao tầng sử dụng nhiều loại hệ kết cấu khác nhau, hệ (Hệ khung, hệ vách, hệ lõi, hệ hộp) Có thể phát triển hệ tạo thành hệ hỗn hợp hay hệ liên hợp nhằm tăng khả chịu tải đặc biệt tải ngang cơng trình Các hệ kết cấu thường sử dụng như: + Kết cấu khung: Có khơng gian lớn, bố trí mặt linh hoạt, đáp ứng đầy đủ yêu cầu sử dụng cơng trình độ cứng ngang kết cấu khung nhỏ nên khả lực biến dạng chống lại tác động tải trọng ngang tương đối + Kết cấu vách cứng: Độ cứng ngang tương đối lớn, khả chịu tải trọng ngang lớn Tuy nhiên khoảng cách vách nhỏ, không gian mặt cơng trình nhỏ nên việc sử dụng bị hạn chế Loại hình kết cấu dùng nhiều cơng trình nhà ở, cơng sở, khách sạn + Kết cấu khung không gian lớn tầng đỡ vách cứng: Chân tường dọc, ngang kết cấu vách cứng không làm tới đáy tầng số tầng phần cuối Dùng khung đỡ vách vứng hình thành kết cấu khung đỡ vách cứng Loại kết cấu đáp ứng u cầu khơng gian tương đối lớn tầng dới cửa hang, nhà ăn, lại có khả chống tải trọng hướng ngang tương đối lớn Do loại hình kết cấu sử dụng rộng rãi nhà cao tầng mà tầng làm cửa hàng khách sạn + Kết cấu khung-vách cứng: Là hệ kết cấu khung vách cứng, lấy lợi bổ sung bất lợi kia, cơng trình vừa có khơng gian sử dụng mặt tương đối lớn, vừa có tính chống lực bên tốt Vách cứng loại kết cấu bố trí đứng riêng lợi dụng tường gian thang máy, tường gian cầu thang, sử dụng rộng rãi loại cơng trình Khung kết cấu bê tơng cốt thép, kết cấu thép; vách cứng thường bê tông cốt thép Kết cấu dạng ống cứng tạo thành ống không gian vỏ mỏng, tạo thành dầm hộp ngàm cứng, hệ dầm có độ cứng lớn nhiều cột tạo thành ống khung; kết cấu mà cấu kiện chống lực bên chủ yếu số ống Loại cấu kiện phân thành kết cấu khung ống (bao gồm kết cấu trụ hình ống) kết cấu ống lồng, ống loại ống vỏ mỏng vách cứng, ống ngồi khung thơng thường cột khơng có dầm; ống loại sau ống vỏ mỏng vách cứng, ống vỏ ống khung nhiều hàng cột tạo thành Ngồi ra, có loại kết cấu nhiều hàng ống mặt mặt bố trí nhiều vách cứng vỏ mỏng Do tác động tồn khối khơng gian, kết cấu dạng ống có độ cứng ngang tương đối lớn, có khả chịu tải ngang tốt nên thường dùng cơng trình siêu cao tầng 1.3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU 1.3.1 Giải pháp sàn Trong trình hệ sàn có ảnh hưởng lớn tới làm việc kết cấu, không gian sử dụng Việc lựa chọn phương án sàn hợp lý điều quan trọng Do vậy, phải có phân tích để chọn phương án phù hợp với kết cấu công trình 1.2.1.1 Sàn sườn tồn khối Cấu tạo: Bao gồm hệ dầm sàn -Ưu điểm: Tính tốn đơn giản, sử dụng phổ biến nước ta -Nhược điểm: Chiều cao dầm độ võng sàn lớn vượt độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng cơng trình lớn nên gây bất lợi cho kết cấu cơng trình chịu tải trọng ngang, không tiết kiệm vật liệu không gian sử dụng 1.3.1.2 Sàn ô cờ Cấu tạo: gồm hệ dầm vng góc với theo hai phương, chia sàn thành kê bốn cạnh có nhịp bé, theo yêu cầu cấu tạo khoảng cách dầm khơng q 2m -Ưu điểm: Tránh có q nhiều cột bên nên tiết kiệm không gian sử dụng có kiến trúc đẹp, thích hợp với cơng trình u cầu thẩm mỹ cao khơng gian sử dụng lớn hội trường, câu lạc bộ… -Nhược điểm: Thi công phức tạp Mặt khác, mặt sàn rộng cần phải bố trí thêm dầm Vì vậy, khơng tránh hạn chế chiều cao dầm phải lớn để giảm độ võng 1.3.1.3 Sàn không dầm ứng lực trước Cấu tạo: Gồm kê trực tiếp lên cột -Ưu điểm: Giảm chiều dày, độ võng sàn, dẫn đến giảm chiều cao cơng trình, tiết kiệm khơng gian sử dụng Việc phân chia không gian khu chức bố trí hệ ÷ thống kỹ thuật cách dễ dàng Nó thích hợp với cơng trình có độ 8m -Nhược điểm: Tính tốn phức tạp, sàn ứng lực trước có độ dày lớn nên tốn vật liệu Ngoài việc căng cốt thép phức tạp, đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao 1.3.1.4 Tấm panel lắp ghép Cấu tạo: Gồm panel ứng lực trước sản xuất nhà máy Các vận chuyển công trường lắp dựng lên dầm, vách tiến hành dải thép đổ bù bê tông -Ưu điểm: + Khả vượt nhịp lớn + Thời gian thi công nhanh + Tiết kiệm vật liệu + Khả chịu lực lớn độ võng nhỏ -Nhược điểm: + Kích thước cấu kiện lớn + Quy trình tính tốn phức tạp 1.3.1.5 Sàn Bubble Deck Cấu tạo: Là công nghệ sàn đất nước Đan Mạch Sử dụng bóng nhựa tái chế để thay phần bê tông không tham gia chịu lực thớ sàn, sàn bê tông Bubble Deck phẳng không dầm, liên kết trực tiếp với hệ cột, vách chịu lực -Ưu điểm: + Tạo không gian rộng cho thiết kế nội thất, giảm trọng lượng thân kết cấu tới 35%, từ giảm kích thước hệ kết cấu móng + Tăng khoảng cách lưới cột khả vượt nhịp lớn lên tới 15m mà không cần ứng suất trước, giảm hệ tường, vách chịu lực + Giảm thời giant hi công chi phí dịch vụ theo + Tiết kiệm khối lượng bê tong (2,3 kg nhựa tái chế thay 230 kg bê tông/m sàn bê tông Bubble Deck 280mm – BD 280) + Cách âm cách nhiệt tốt -Nhược điểm: + Đây công nghệ vào Việt Nam nên lý thuyết tính tốn chưa đề cập cụ thể + Khả chịu cắt sàn bê tông Bubble Deck = 0,63 sàn bê tông đặc có cấp độ bền vật liệu 1.3.1.6 Sàn composite – Liên hợp Cấu tạo: Gồm tơn hình dập nguội đan bê tông cốt thép Sàn bê tông Cốt thép Dầm phụ Dầm phụ Sn liên hợp với tơn hình thép -Ưu điểm: + Khi thi cơng, tơn đóng vai trò sàn cơng tác + Khi đổ bê tơng, đóng vai trò cốp pha cho vữa bê tông + Khi làm việc, đóng vai trò cốt thép lớp sàn -Nhược điểm: Tính tốn phức tạp, chưa có tiêu chuẩn tính sàn liên hợp Việt Nam 1.3.1.6 Sàn Uboot beton U-Boot Beten cốt pha nhựa porypropylen tái chế sử dụng kết cấu sàn móng bè Sử dụng cốp pha U-Boot Beton để tạo nên sàn phẳng không dần vượt nhịp lớn tiết kiệm vật liệu tăng tính thẩm mỹ cho cơng trình - U-Boot Beton có cấu tạo đặc biệt với chân hình phụ kiện liên kết giúp tạo hệ thống dầm vng góc nằm lớp sàn bê tông Việc đặt U-Boot Beton vao vùng bê tông không làm việc làm giảm trọng lượng sàn cho phép sàn vượt nhịp lớn, giảm lượng bê tông thép sử dụng - U-Boot Beton sử dụng sàn phẳng không dầm vượt nhịp chịu tải trọng lớn Với trọng lượng nhẹ, tính động mơ đun đa dạng người thiết kế thay đổi thơng số kĩ thuật cần trường hợp để phù hợp với yêu cầu kiến trúc - Ưu điển: + Tăng số lượng sàn Do giảm chiều cao sàn so với sàn truyền thống nên với chiều cao, công trình có khả tăng thêm tầng sử dụng + Nhịp lớn kiến trúc thơng thống Nhờ giảm trọng lượng thân cảu sàn mà cho phép sàn vượt nhịp lớn + Giảm độ dày sàn Sàn mỏng sàn truyền thống với tảI trọng nhịp giống + Sàn phẳng khơng dầm Bố trí kiến trúc hộ linh hoạt sử dụng + Giảm số lượng cột Thuận tiện phân bố mặt cột + Tối ưu hóa tiết diện cột Giảm tải trọng xuống cột nên giảm tiết diện cột + Giảm tổng trọng lượng xuống móng Giảm trọng lượng sàn đồng nghĩa với giảm tảI trọng xuống móng + Giảm kích thước móng Giảm cơng tác đào đất + Giảm tải tải trọng động đất Giảm khối lượng tham gia dao động dẫn đến giảm tải trọng động đất + Cải thiện khả cách âm Nhờ tăng độ cứng lớp sàn sàn cấu tạo rỗng sàn nên việc truyền âm giảm 1.3.2 Giải pháp cột Cột kết cấu chịu lực cơng trình Vì lựa chọn phương án cột, kích thước cột có ý nghĩa định đến khả chịu lực toàn kết cấu 1.3.2.1 Cột bê tông cốt thép -Ưu điểm: Được sử dụng phổ biến, thi cơng đơn giản -Nhược điểm: Trong cơng trình chịu tải trọng lớn, nhà cao tầng kích thước cột thường lớn, không gian chức bị hạn chế 1.3.2.2 Cột thép -Ưu điểm: Thi công nhanh, chịu lực sau thi công, chịu tải trọng động tốt -Nhược điểm: Khả chống cháy kém, tính tốn ổn định phức tạp 1.3.2.3 Cột liên hợp thép – bê tông -Ưu điểm: Khả chịu lực lớn, kích thước tiết diện nhỏ, tăng khả ổn định kết cấu thép hình, tăng khả chống cháy (so với kết cấu thép), phù hợp với cơng trình cao tầng -Nhược điểm: Tính tốn phức tạp 1.4 GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU LỰA CHỌN Dựa sở đặc điểm kiến trúc cơng trình, đặc điểm kết cấu phân tích sơ ta lựa chọn phương án kết cấu sau: -Phương án 1: Sử dụng giải pháp: cột bê tông cốt thép ,sàn bêtơng cốt thép tồn khối, dầm khung bê tơng cốt thép -Phương án 2: Sử dụng giải pháp: cột bê tông cốt thép, sàn liên hợp thép-bê tông -Phương án 3: Sử dụng giải pháp: cột bê tông cốt thép, sàn không dầm bê tông cốt thép -Phương án 4: Sử dụng giải pháp: cột bê tông cốt thép, sàn nhẹ không dầm Ubootbeton -Phương án 5: Sử dụng giải pháp: cột bê tông cốt thép, sàn Ubootbeton Ứng lực trước 1.5 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN HỆ KẾT CẤU Sơ đồ tính hình ảnh đơn giản hóa cơng trình, lập chủ yếu nhằm thực hóa khả tính tốn kết cấu phức tạp Như với cánh tính thủ cơng, người thiết kế buộc phải dùng sơ đồ tính tốn đơn giản, chấp nhận việc chia cắt kết cấu thành phần cách bỏ qua liên kết không gian Đồng thời làm việc vật liệu đơn giản hóa, cho làm việc giai đoạn đàn hồi, tuân theo định luật Hooke Trong giai đoạn nay, nhờ phát triển mạnh mẽ máy tính điện tử, để có thay đổi quan trọng cách nhìn nhận phương pháp tính tốn cơng trình Khuynh hướng đặc thù hóa đơn giản hóa trường hợp riêng lẻ thay khuynh hướng tổng qt hóa Đồng thời khối lượng tính tốn số học khơng trở ngại Các phương pháp dùng sơ đồ tính sát với thực tế hơn, xét tới làm việc phức tạp kết cấu với mối quan hệ phụ thuộc khác không gian Về độ xác cho phép phù hợp với khả tính tốn nay, đồ án sử dụng sơ đồ tính tốn chưa biến dạng (sơ đồ đàn hồi) Căn vào giải pháp kiến trúc, vẽ kiến trúc ta thấy kích thước mặt phương cơng trình khơng chênh q lớn, ta tính tốn kết cấu cho ngơi nhà theo sơ đồ khung không gian làm việc theo phương 10 ... thép loại vật liệu nhà thiết kế sử dụng phổ biến kết cấu nhà cao tầng 1. 1.3 Hình dạng cơng trình sơ đồ bố trí kết cấu 1. 1.3 .1 Sơ đồ mặt bằng, sơ đồ kết cấu Nhà cao tầng cần có mặt đơn giản, tốt... đa số kỹ sư kết cấu chấp nhận, có chuyển tiếp từ “phân tích tĩnh học sang phân tích động học” 1. 1 .1 Tải trọng Việc xác định xác tải trọng thiết kế quan trọng để đảm bảo dung hòa hai yếu tố: độ... UBOOT-BETON ỨNG LỰC TRƯỚC SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 10 KIỂM TRA CHỐNG LẬT VÀ ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CƠNG TRÌNH CHƯƠNG LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU 1. 1 GIỚI THIỆU CHUNG Hiện nay, giới Việt Nam, yêu cầu