Full thuyết minh tính toán kết cấu công trình cấp 2

Full thuyết minh tính toán kết cấu công trình cấp 2............. thuyết minh trình bày chi tiết đầy đủ, hồ sơ, bảng tính, mô tả, biểu mẩu thuận tiện lập các thuyết minh tính toán khác................................

I THUYẾT MINH GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU

1 Tổng quan về công trình

1.1 Giới thiệu chung

Công trình LIDECO Quảng Ninh được xây dựng trên khu đất có diện tích hơn 6915 m2 tại địa chỉ phường Trần Hưng Đạo, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh Công trình là một tổ hợp 31 tầng nổi với tổng chiều cao tính từ cao độ ±0.000 là 106.8m và 02 tầng hầm với cốt sàn tầng hầm 2 là -6.950 Diện tích của mỗi sàn tầng hầm là 4474 m2, trong khi diện tích một mặt sàn tầng điển hình là khoảng 2552 m2 Cơ cấu công năng của công trình bao gồm 02 tầng hầm phục vụ để xe, khối đế gồm tầng 1, tầng 2 dành cho khu dịch vụ, thương mại và bán lẻ, tầng 3 đến tầng 30 tầng được tách thành 2 tháp dành cho căn hộ chung cư Chiều cao của các tầng điển hình là 3.3m, trong khi chiều cao của tầng 1 là 4.2m, tầng 2 là 5.2m Mặt bằng tổng thể và phối cảnh của công trình được thể hiện

trong Hình 1, mặt bằng kiến trúc tầng điển hình được thể hiện trong Hình 2 dưới đây

a) Mặt bằng tổng thể công trình b) Phối cảnh công trình

Hình 1: Mặt bằng tổng thể của công trình

a) Mặt bằng kiến trúc tầng 2,3 (Thương mại)

b) Mặt bằng kiến trúc tầng 3-30 (Căn hộ)

Hình 2: Mặt bằng một số tầng điển hình Một số thông số kỹ thuật chính của công trình được tổng hợp trong Bảng 1.

Bảng 1: Các thông số kỹ thuật chính của công trình

Tầng Chiều cao tầng (m) Cốt cao độ (m) Công năng sử dụng

Tầng

KT-mái

3.75-5.0 +101.80 ~ +106.80 Phục vụ kỹ thuật

1.2 Một số đặc điểm chính

Với công trình LIDECO Quảng Ninh là một tổ hợp gồm tầng để xe, tầng dịch vụ, thương mại, chung cư do đó yêu cầu thiết kế kết cấu phải có kỹ thuật cao, đảm bảo an toàn nhưng phải tiết kiệm

về chi phí

Tải trọng gió với tần suất lặp 100 năm (thay vì 50 năm), hệ số tầm quan trọng trong thiết kế kháng chấn là 1.25

Để đáp ứng yêu cầu về kiến trúc, dãy cột trục A từ tầng hầm 2 và tầng hầm 1 (-6.95 ~ ±0.00) không được thiết kế (trốn cột) từ tầng 1 đến hết tầng 2 (±0.00 ~ +9.40) cột bxh = 400x400 được thiết

kế cấy lên dầm có bxh = 400x750

Để phòng chống sụt lở từ đồi núi phía sau nhà ở trục E1 được thiết kế 1 vách dày 700 từ cao

độ -6.95 đến cao độ +4.20

Các đặc điểm về tải trọng cũng như tính chất kết cấu của công trình được liệt kê trong Bảng 2

dưới đây

Bảng 2: Một số yêu cầu đối với thiết kế kết cấu của công trình

Các thông số LIDECO Quảng Ninh Các công trình thông thường Tải trọng gió Tần suất lặp 100 năm Tần suất lặp 50 năm

Hệ số tầm quan trọng trong

Dựa trên qui mô, yêu cầu kỹ thuật kết cấu của công trình và điều kiện thực tế thi công nhà cao tầng tại Việt Nam, Tư vấn thiết kế quyết định chọn hệ kết cấu cột-vách-dầm-sàn bằng vật liệu bê tông cốt thép đổ toàn khối cho toàn bộ công trình Hệ lõi vách bê tông cốt thép ở trung tâm của khối Tháp được thiết kế để chịu phần lớn tải trọng ngang (gió bão và động đất) và một phần đáng kể tải trọng thẳng đứng (tĩnh tải và hoạt tải) Phần tải trọng còn lại được chịu bởi các cột Hệ kết cấu ngang dầm-sàn bê tông cốt thép đóng vai trò liên kết hệ giữa hai hệ kết cấu đứng (cột và vách lõi trung tâm) và phân phối tải trọng về các hệ kết cấu này

Đối với giải pháp thiết kế kỹ thuật phần móng, cọc khoan nhồi được áp dụng cho công trình trong đó cọc đường kính lớn D1200, D1500 được lựa chọn cho khối Tháp cao 31 tầng và cọc khoan nhồi đường kính D800 sẽ được sử dụng cho phần đế móng 2 tầng hầm và 2 tầng nổi xung quanh phạm vi của Tháp Việc sử dụng kết hợp 3 loại cọc nhồi đường kính khác nhau (D800, D1200, D1500) nhằm tối ưu hóa chi phí xây dựng cho công trình Toàn bộ hệ cọc được liên kết với nhau bằng hệ thống đài cọc và sàn móng dày 600 không có dầm móng tạo thành một hệ kết cấu móng hoàn chỉnh và bền vững Với quy mô công trình và cấu tạo địa chất tại khu vực xây dựng, đây là một giải pháp móng hoàn toàn phù hợp, kinh tế, đảm bảo sự ổn định lâu dài và an toàn cho công trình

1.3 Các yêu cầu chung về thiết kế kết cấu công trình:

Thiết kế kết cấu công trình phải đảm bảo thỏa mãn nhưng không giới hạn các yêu cầu sau:

- An toàn và bền vững theo thời gian, đảm bảo khả năng chống cháy theo qui định hiện hành;

- Các yêu cầu về công năng, thẩm mỹ của văn phòng cao cấp (hạng A tiêu chuẩn quốc tế);

- Vật liệu được sử dụng phải phù hợp với giải pháp kết cấu lựa chọn và có sẵn trên thị trường;

- Rút ngắn thời gian thi công công trình

2 Cơ sở thiết kế:

2.1 Bản vẽ các bộ môn liên quan

Bản vẽ thiết kế công trình: LIDECO Quảng Ninh bao gồm:

- Bản vẽ kiến trúc giai đoạn BVTC lập tháng 05 năm 2016;

- Bản vẽ cơ điện giai đoạn BVTC lập tháng 05 năm 2016;

2.2 Các Tiêu chuẩn và Quy phạm áp dụng trong thiết kế kết cấu

Các Tiêu chuẩn và Quy phạm áp dụng trong thiết kế kết cấu đối với công trình được liệt kê

trong Bảng 3 dưới đây.

Bảng 3: Tiêu chuẩn và Quy phạm áp dụng trong thiết kế kết cấu

TCVN 2737 : 1995 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế.

TCXDVN 229 : 1999 Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió –

Tiêu chuẩn thiết kế

TCVN 9386-1 : 2012 Thiết kế công trình chịu động đất – Phần 1: Quy định chung, tác

động động đất và quy định với kết cấu nhà TCVN 9386-2 : 2012 Thiết kế công trình chịu động đất – Phần 2: Nền móng, tường chắn

và các vấn đề địa kỹ thuật TCVN 5573 : 2011 Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép -Tiêu chuẩn thiết kế

TCVN 5574 : 2012 Kết cấu bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế.

TCVN 5575 : 2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế.

TCVN 9362 : 2012 Nền, nhà công trình - Tiêu chuẩn thiết kế.

TCVN 9393 : 2012 Cọc - Phương pháp thử nghiệm tại hiện trường bằng tải trọng tĩnh

ép dọc trục

TCVN 9395 : 2012 Cọc khoan nhồi - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu

TCVN 10304 : 2014 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế.

TCXDVN 195 : 1997 Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan nhồi - Tiêu chuẩn thiết kế.

TCXD 198 : 1997 Nhà cao tầng : Hướng dẫn thiết kế bê tông cốt thép toàn khối.

Tài liệu tham khảo Các giáo trình và hướng dẫn tính toán kết cấu trong và ngoài nước

2.3 Báo cáo khảo sát địa chất Dự án:

Báo cáo khảo sát địa chất của công trình: Lideco Quảng Ninh do công ty cổ phần Tư vấn đầu tư và

Thiết kế xây dựng Việt Nam (CDC) lập tháng 4 năm 2016

2.4 Vật liệu sử dụng.

2.4.1 Vật liệu Bê tông.

Vật liệu bê tông được sử dụng cho các cấu kiện kết cấu được tổng hợp trong Bảng 4 dưới đây

Bảng 4: Vật liệu bê tông áp dụng cho các cấu kiện

Loại cấu kiện

Cường độ chịu nén khối vuông trung bình

Cấp độ bền tương ứng

2.4.2 Cốt thép thường trong bê tông

Cốt thép sử dụng trong tính toán và thiết kế kết cấu công trình này được tổng hợp trong bảng

Bảng 5 dưới đây

Bảng 5: Cốt thép thường được sử dụng cho các cấu kiện Bê tông cốt thép

Loại đường kính

áp dụng

Mác thép tương ứng

Cường độ giới hạn chảy

Cường độ tính toán chịu kéo

Cường độ tính toán chịu nén dọc trục

Cường độ tính toán chịu cắt

10   (Cốt thép

Thép hình, thép tấm

Bu lông Sử dụng cấp độ bền 5.6 ngoại trừ có các chỉ định khác

2.4.3 Kết cấu tường xây, khối xây:

 Các khối xây đều sử dụng loại gạch không nung mác ≥ M75, xây bằng vữa xi măng cát vàng mác M50;

 Tường bao che phía ngoài dùng gạch không nung dày 170mm, mác ≥ M75, xây bằng vữa xi măng cát vàng mác M50;

 Tường xây ngăn giữa các căn hộ hoặc căn hộ với hành lang dùng gạch không nung dày 140mm, mác ≥ M75, xây bằng vữa xi măng cát vàng mác M50;

 Tường xây ngăn bên trong căn hộ dùng gạch gạch không nung dày 100 (105)mm, mác ≥ M75, xây bằng vữa xi măng cát vàng mác M50;

 Trát tường bằng vữa xi măng cát vàng mác M50

2.5 Phần mềm tính toán kết cấu và mô hình tính toán:

Kết cấucông trình được tiến hành phân tích tổng thể (3D) bằng phần mềm phân tích kết cấu ETABS Version 9.7.4 Phần mềm này được lập bởi của hãng Computer and Structure Incorporation

(Mỹ) với một số tính năng nổi bật sau: (i) Phân tích ứng xử tổng thể của kết cấu công trình trong giai đoạn đàn hổi theo mô hình không gian ba chiều, (ii) Phân tích các tính chất động học công trình (tần

số dao động riêng và mode chuyển vị tương ứng) theo mô hình không gian ba chiều, và (iii) Tính

toán và kiểm tra sơ đồ kết cấu có kể đến khử lún đàn hồi trong quá trình thi công (Sequential construction analysis) Kết cấu dạng tấm vật liệu BTCT (sàn, đài cọc) được mô phỏng bằng chương trình SAFE 12.3.2 Kết cấu dự ứng lực được phân tích và mô phỏng bằng các phần mềm chuyên dụng (RAM concept, ADAPT) Tải trọng do đất đắp tác động lên công trình trong giai đoạn thi công được phân tích bằng phần mềm GEO5 do hãng FINE (CH Séc) thiết kế

Các phần mềm phân tích kết cấu được liệt kê trên đây đều được đăng ký bản quyền sử dụng Thiết kế chi tiết đối với các cấu kiện cột, dầm và sàn BTCT được thực hiện bằng các bản tính excel dựa trên nội lực phần tử được xuất ra từ phần mềm tính toán Các giá trị chuyển vị ngang công trình (chuyển vị tuyệt đối và chuyển vị lệch tầng), độ võng tại cấu kiện dầm và sàn, các điều kiện ổn

định tổng thể, ổn định cục bộ của các cấu kiện và công trình được tính toán, kiểm tra theo Tiêu chuẩn & Qui phạm xây dựng hiện hành

3 Tải trọng thiết kế

3.1 Tĩnh tải

Tĩnh tải bao gồm trọng lượng các vật liệu cấu tạo nên công trình được tổng hợp trong Bảng 6 dưới đây.

Bảng 6: Tải trọng và hệ số vượt tải các loại vật liệu

STT Vật liệu Tải trọng tiêu chuẩn (kN/m3) Hệ số vượttải

(Chi tiết xem thêm Phụ lục 1: Bản tính tải trọng) 3.2 Hoạt tải

Hoạt tải bao gồm trọng lượng của con người, các đồ vật, vật liệu, thiết bị đặt tạm thời

Bảng 7: Hoạt tải tiêu chuẩn và hệ số vượt tải các khu vực

Hoạt tải tiêu chuẩn

vượt tải Toàn phần Phần dài hạn

(Chi tiết xem thêm Phụ lục 1: Bản tính tải trọng)

3.3 Tải trọng gió

Theo TCVN 2737:1995, tải trọng gió tĩnh tại cao độ z trên mặt đất được tính toán bởi công thức sau:

( 0 ) Trong đó W z là áp lực gió tĩnh tại cao độ z; n là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió được xác định theo tần suất lặp của gió bão; k hệ số tăng tải trọng gió theo chiều cao; và c là hệ số khí động được

xác định theo hình dáng và kích thước mặt bằng công trình Các thông số phục vụ tính toán tải trọng

gió được cho trong Bảng 8 dưới đây

Bảng 8: Các thông số tính toán tải trọng gió lên công trình

Kích thước mặt bằng công trình BxL (mxm) 129.82x 29.0

Tổng chiều cao công trình tính từ mặt đất H (m) 107.35

Hệ số độ tin cậy (với tần suất lặp của gió bão là 100 năm)  n

Đối với công trình Lideco Quảng Ninh, hệ số khí động c được xác định dựa trên mặt bằng

công trình theo phương ngang có kích thước hình chữ nhật, như trong Hình 3 dưới đây Theo đó, hệ

số khí động bề mặt đón gió là 0.8 và đối với bề mặt hút gió là 0.6

-0.6

0.8

Hình 3: Xác định hệ số khí động học c

Do chiều cao của công trình lớn hơn 40 (m), hiệu ứng động của tải trọng gió được kể đến trong tính toán tải trọng gió theo chỉ dẫn của Tiêu chuẩn TCXD 229:1999

(Chi tiết xem thêm Phụ lục 1: Bản tính tải trọng)

3.4 Tải trọng động đất

Tải trọng động đất được tính toán theo Tiêu chuẩn TCVN 9386: 2012 (Thiết kế công tŕnh chịu tải trọng động đất) và Bản đồ phân vùng động đất Việt nam (Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 1991) Căn cứ trên Báo cáo khảo sát địa chất, nền đất khu vực xây dựng công trình được phân loại

C Công trình được thiết kế với cấp độ dẻo trung bình nhằm tiết kiệm chi phí xây dựng Các thông

số phục vụ tính toán và phổ gia tốc nền cho trong Bảng 9 và Hình 4 dưới đây.

Bảng 9: Các thông số tính toán tải trọng động đất lên công trình

Địa danh hành chính Quảng Ninh

Đỉnh gia tốc nền tham chiếu agR (m/s2) 0.882

Phân loại địa chất trong phạm vi 30m dưới mặt nền C

Đỉnh gia tốc nền tính toán ag (m/s2) 1.1025

Hình 4: Phổ gia tốc nền thiết kế

(Chi tiết xem thêm Phụ lục 1: Bản tính tải trọng)

3.5 Tải trọng khác

Công trình không được thiết kế cho các dạng tải trọng đặc biệt, bao gồm: (i) Tải trọng do cháy

nổ, (ii) Tải trọng do va chạm xe tải, máy bay

3.6 Tổ hợp tải trọng

Tổ hợp tải trọng tính toán và kiểm tra bền cấu kiện chịu lực được cho trong Bảng 10 dưới đây

(TTGH 1)

Bảng 10: Tổ hợp tải trọng tính toán theo (TTGH 1)

Tổ hợp tải

trọng Tĩnh tải Hoạt tải

Gió phương X

Gió phương Y

Động đất phương X

Động đất phương Y

(Chi tiết xem thêm Phụ lục 1: Bản tính tải trọng)

Tổ hợp tải trọng tính toán và kiểm tra biến dạng đối với cấu kiện chịu lực được cho trong

Bảng 11 dưới đây (TTGH 2).

Bảng 11: Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn theo (TTGH 2)

Tổ hợp tải

trọng Tĩnh tải Hoạt tải

Gió phương X

Gió phương Y

Động đất phương X

Động đất phương Y

(Chi tiết xem thêm Phụ lục 1: Bản tính tải trọng)

4 Giải pháp kết cấu phần thân

4.1 Giải pháp kết cấu

Công trình: Lideco Quảng Ninh bao gồm 2 khối tháp cao 28 tầng trên khối đế chung 2 tầng.

Tổng số tầng phía trên mặt đất của các khối là 30 tầng (và 01 tầng tum), chiều cao tổng cộng là 106.8m Tầng 1 cao 4.2m, tầng 2 cao 5.2m, các tầng điển hình (3-30) cao 3.3m, tầng tum cao 5.0m Căn cứ vào tính chất sử dụng, qui mô và tải trọng công trình, Tư vấn thiết kế đề xuất lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân cho công trình là: hệ hỗn hợp khung vách - lõi kết hợp sàn dầm thông thường đổ tại chỗ Tiết diện thiết kế của các cấu kiện chính phần thân như sau:

- Các kích thước cấu kiện điển hình vách đơn có chiều dày 0.5m, 0.45m, 0.40m

- Dầm chính kích thước 35x60cm áp dụng cho sàn tầng 2,3

- Dầm chính kích thước 30x60cm áp dụng cho sàn tầng điển hình

- Vách lõi có chiều dày 0.40m, 0.30m, 0.20m tuỳ vị trí

- Sàn các tầng được thiết kế là sàn 1 phương để tối ưu hoá kết cấu và tiết kiệm chi phí Chiều dày sàn thiết kế là 130mm đến 400mm phụ thuộc vào từng vị trí sàn cụ thể Đây là dạng kết cấu tổ hợp khá phổ biến hiện nay tương ứng với qui mô từ 30-40 tầng, với ưu điểm là giá thành hợp lý, độ an toàn cao và có thời gian thi công tương đối nhanh

4.2 Thiết kế các cấu kiện phần thân

Dựa trên các yêu cầu cơ bản sau:

4.2.1 Yêu cầu về mặt chịu lực

Cấu kiện kết cấu phải đảm bảo khả năng chịu được các tải trọng đứng và tải trọng ngang (gió bão + động đất) truyền lên công trình Cụ thể như sau:

a Cấu kiện ngang:

 Trong sơ đồ tính toán, hệ sàn dầm bê tông cốt thép được giả thiết có độ cứng trong mặt phẳng vô cùng lớn, có khả năng phân phối lực ngang cho các cấu kiện đứng Để đảm bảo điều kiện này, chiều dày tối thiểu của sàn dsàn>10cm Đối với công trình này, Tư vấn thiết kế lựa chọn chiều dày sàn từ 1340cm Chi tiết xem thêm trong Hồ sơ bản vẽ kết cấu

 Đối với hệ dầm, ngoài việc chịu tải trọng đứng do sàn truyền sang còn phải chịu thêm phần lực cắt và mô men bổ sung do tải trọng ngang gây ra có giá trị khá lớn so với tổ hợp tải trọng đứng Do đó, việc lựa chọn tiết diện dầm phải đảm bảo được các tiêu chí kỹ thuật kết cấu và

an toàn cho công trình Chi tiết xem thêm trong Hồ sơ bản vẽ kết cấu

b Cấu kiện đứng:

 Vách lõi bê tông cốt thép là cấu kiện đứng tiếp nhận chủ yếu tải trọng ngang trong sơ đồ kết cấu (khoảng 60-70% tổng tải trọng ngang) và có nhiệm vụ truyền một phần tải trọng thẳng đứng (Tĩnh tải+Hoạt tải) của công trình xuống móng Vì vậy chiều dày và tiết diện của lõi vách cần thiết kế để đảm bảo khả năng chịu lực, độ cứng, độ ổn định theo chiều cao công trình Chi tiết xem thêm trong Hồ sơ bản vẽ kết cấu

 Cấu kiện cột - vách đơn tiếp nhận hầu hết tải trọng đứng (Tĩnh tải + Hoạt tải) của công trình

và một phần tải trọng ngang Vì vậy cần thiết kế tiết diện cột – vách đơn phù hợp để đảm bảo khả năng chịu lực và độ ổn định cho công trình Chi tiết xem thêm trong Hồ sơ bản vẽ kết cấu

4.2.2 Yêu cầu về mặt sử dụng

Khi công trình đưa vào sử dụng, nó phải đảm bảo các yêu cầu tối thiểu của con người sống hoặc hoạt động trong đó Bao gồm:

 Công trình phải đảm bảo ổn định dưới tác dụng của các tải trọng đứng: đảm bảo độ võng, độ nứt nẻ của sàn và dầm trong giới hạn cho phép

 Công trình phải đảm bảo ổn định dưới tác dụng của các tải trọng ngang như gió, bão, động đất: đảm bảo khống chế biến dạng phương ngang, độ nứt nẻ của vách, tường, vách kính….trong giới hạn cho phép Đảm bảo độ rung lắc, chuyển vị ngang của các tầng không vượt quá giới hạn cho phép

4.2.3.Yêu cầu về mặt thẩm mỹ kiến trúc

Cấu kiện kết cấu phải thoả mãn công năng kiến trúc và không ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của công trình, cụ thể như sau:

 Đối với các sàn tầng hầm (để xe): Chiều cao thông thuỷ tính toán là từ 2.50m đến 2.70m đảm

bảo cho hoạt động của con người không bị hạn chế và tuân thủ Tiêu chuẩn quy định

 Đối với sàn tầng 1,2 (sử dụng làm Trung tâm thương mại): Chiều cao thông thuỷ tính toán là

từ 3.0m đến 3.6m đảm bảo cho hoạt động của con người không bị hạn chế và tuân thủ Tiêu

chuẩn quy định

 Đối với các sàn điển hình tầng 3-30: Chiều cao thông thuỷ của tầng theo tính toán là 2.6m đảm bảo cho hoạt động của con người không bị hạn chế và tuân thủ Tiêu chuẩn quy định

4.2.4 Yêu cầu kỹ thuật công nghệ

Ngoài các yêu cầu kể trên, các cấu kiện kết cấu còn phải đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật đối với các phần điện, nước, điều hòa, thông gió, thông tin … sao cho không ảnh hưởng đến công năng yêu cầu phải có của chúng và sự có mặt của các hệ thống này không làm ảnh hưởng đến công năng, thẩm mỹ của công trình

5 Giải pháp kết cấu phần móng

5.1 Địa chất công trình

Theo tài liệu Báo cáo khảo sát địa chất của công trình: Lideco Quảng Ninh do Công ty cổ phần

Tư vấn đầu tư và Thiết kế xây dựng Việt Nam lập tháng 4 năm 2016, các lớp địa chất dưới nền móng công trình có cấu tạo như sau (theo hố khoan HK-1,2,3,4):