III. Cách tiếp cận, phƣơng pháp và phạm vi nghiên cứu:
2.2.1.1 Những điểm yếu của nhà miền trung
- Phần móng, trừ những nhà 1 - 2 tầng ít chịu tác động đến móng khi có bão, còn lại qua khảo sát, thì thấy đa số có kết cấu sơ sài, không đủ khả năng chịu tải trọng phần trên nên dẫn đến lún móng, gây nứt vỡ công trình khi có gió bão [12].
- Phần thân sử dụng vật liệu xây dựng kém phẩm chất, không đúng quy cách nhƣ: viên gạch có kích thƣớc nhỏ; xi măng kém phẩm chất; cát đúc, cát xây kém chất lƣợng, nhiều tạp chất; Liên kết giữa các bộ phận kết cấu không đảm bảo nhƣ: liên kết giữa tƣờng với khung bêtông cốt thép, liên kết giữa tƣờng ngang với tƣờng dọc; Giải pháp kết cấu không hợp lý tạo ra các hệ kết cấu dễ bị biến dạng khi chịu lực tác động bên ngoài.
- Phần mái, hàng trăm ngàn căn nhà bị bay tấm lợp hoặc bóc dỡ toàn bộ mái đều do kết cấu lỏng lẻo của tấm mái với hệ sƣờn mái, và sự liên kết yếu ớt giữa hệ sƣờn mái với kết cấu chịu lực chính của ngôi nhà.
- Phần cửa của ngôi nhà miền Trung thƣờng đơn giản, thiếu vững chắc, dễ bị phá hoại khiến gió lồng vào bên trong và dễ dàng bóc dỡ phần mái và tƣờng...
2.2.1.2 Các giải pháp xây dựng được đề xuất:
2.2.1.2.1 Địa điểm xây dựng nhà:
- Nên chọn địa điểm xây dựng nhà ở những nơi khuất gió bão, tránh đối mặt với hƣớng gió chủ đạo của gió bão. Có thể tận dụng các địa hình có nhiều vật cản nhƣ gò, đồi, hoặc trồng cây để cản bớt tác động trực tiếp của gió lên nhà. Không nên xây nhà ở những nơi trống trải, hay chịu ảnh hƣởng của lũ quét và tác động của gió bão mạnh nhƣ ven sông, hồ lớn, bờ biển hay những nơi hút gió (hẻm đồi, giữa hai
sƣờn đồi…). Đối với các cây to sát nhà thì cần tỉa bớt cành lá để tránh hiện tƣợng cây đổ vào nhà khi có mƣa bão, nhất là đối với các cây có rễ nông [31].
- Nên bố trí các ngôi nhà thành cụm. Các nhà nên bố trí so le nhau, tránh bố trí thẳng hàng vì dễ hình thành các túi gió hoặc luồng gió xoáy. Giải pháp mặt bằng mái nhà nên đơn giản. Tốt nhất là thiết kế nhà có dạng chữ nhật. Nhà không nên dài quá, thông thƣờng tỷ lệ chiều dài nhà trên chiều rộng không nên lớn hơn 2,5 lần. Không nên thiết kế nhà có mặt bằng dạng chữ U, L hoặc chữ T [31, 33].
2.2.1.2.2 Giải pháp cho móng:
- Đối với phần móng, tuỳ thuộc vào khả năng chịu lực của nền đất mỗi nơi, thƣờng thì diện tích đáy móng cột là khoảng 1m2
(cho nhà 1 - 2 tầng, lƣới cột 3,5m ÷ 4,5m). Độ sâu đáy móng nên chọn lớn hơn kích thƣớc đáy móng để đảm bảo móng ngàm chặt vào nền đất [12].
- Nếu nền đất cát Rtc = 1,2kg/cm2 là đất khá tốt, đảm bảo nền móng. Đề xuất giải pháp hệ móng đơn, yêu cầu phải có hệ giằng móng và bố trí thép đúng theo tính toán kết cấu, và tiết diện giằng móng Hgm = L/12 [13].
- Đối với kết cấu móng, yêu cầu phải đủ khả năng chịu lực, neo giữ đƣợc các kết cấu bên trên khi nhà chịu tác động của gió. Ngoài ra, do bão thƣờng đi kèm với ngập lụt bởi mƣa, nên móng nhà cần đảm bảo cho các kết cấu bên trên luôn khô ráo. Kết cấu và vật liệu làm móng phải không bị hƣ hỏng khi ngập úng, đảm bảo chức năng chịu lực trong trƣờng hợp bị ngập nƣớc. Kết cấu móng thƣờng dùng là móng gạch, đá hoặc bê tông cốt thép. Tại các chân cột có thể bố trí các neo bằng thép để néo các chân cột [31].
- Diện tích đáy móng của nhà một đến hai tầng tối thiếu là 1m2; Khoảng cách tối đa giữa hai trụ phải đạt 3,5m tối thiểu; Độ sâu chôn móng để đảm bảo móng ngàm chặt vào nền đất, nên chọn lớn hơn kích thƣớc đáy móng [17]
2.2.1.2.3 Giải pháp cho kết cấu khung bê tông cốt thép:
- Với hệ thống cột bêtông cốt thép thì đỉnh cột phải đƣợc liên kết với xà ngang để tạo thành kết cấu khung cứng, đảm bảo khả năng chịu lực của toàn bộ công trình [12]. - Yêu cầu có bố trí cột đầy đủ nhƣ thiết kế, với tiết diện và bố trí thép đúng theo tính
thƣớc Hd = (1/8, 1/12).L. Hệ dầm đó phải đảm bảo liên kết cứng với hệ khung cột để gia cƣờng khả năng chống chịu lực gió bão cho tƣờng bao che [13].
- Phải bố trí hệ thống giằng và liên kết cứng tất cả các kết cấu lại với nhau tạo thành một khối liên tục để tăng khả năng chống trƣợt, chống xoắn và chống xô đổ cho nhà. Bố trí các trụ và giằng bằng bê tông cốt thép liên kết với nhau, trụ đứng bố trí ở góc tƣờng và ngăn nhỏ các bức tƣờng rộng. Giằng nên bố trí ở các cao trình mặt móng, mép trên cửa sổ, cửa đi. Giằng cần phải khép kín chu vi tƣờng bao nhà và nối tất cả các bức tƣờng trong nhà lại với nhau [31].
- Mỗi ngôi nhà cần chọn một phòng hoặc một khu vực để làm lõi cứng cho toàn nhà. Lõi cứng có thể là các tƣờng gạch, xây bằng vữa xi măng cát. Các tƣờng này thƣờng có chiều dày tối thiểu là 220mm. Nên kết hợp đổ sàn bê tông ở khu vực lõi cứng này của nhà làm gác lửng hoặc sàn tầng. Lõi cứng là nơi kiên cố để neo giữ các bộ phận, các kết cấu khác của nhà. Đây cũng là nơi để ngƣời dân có thể trú ẩn an toàn và cất giữ các tài sản, lƣơng thực thiết yếu, đề phòng bão lớn có thể làm hƣ hỏng nhà hoặc khi ngập lụt. Nhà truyền thống, ngƣời dân thƣờng kết hợp cấu trúc chỗ thờ cúng để làm chức năng lõi cứng cho nhà [31].
- Nên đặt các cột bê tông giữa những bức tƣờng cách nhau khoảng (2.5 ÷ 3.5) m. Các cột này cao trung bình 4 m đối với tầng trệt và khoảng (3.3 ÷ 3.6) m đối với những tầng tiếp theo [17].
2.2.1.2.4 Giải pháp cho tường bao quanh:
- Trƣớc hết là gạch, nên sử dụng loại gạch tuynen 6 lỗ và xây gạch nằm [12].(xem hình)
Hình 2.6 Gạch 6 lỗ đặt nằm theo giải pháp nhà chống bão (trên) so với kiểu đặt gạch xây vẫn thường gặp (dưới)
- Phần thân tƣờng phía trên cửa sổ - cửa đi có bố trí dầm/giằng tƣờng để gia cố thêm liên kết cứng chống gió bão cho hệ mãng tƣờng bao che [13].
- Không nên sử dụng các tƣờng quá rộng hoặc quá cao mà không đƣợc gia cố để chịu đƣợc tác động của gió. Với các bức tƣờng này cần đƣợc gia cƣờng bằng các giằng và các cột bổ trụ hoặc neo vào các khung và sàn chịu lực. Tƣờng không nên trổ nhiều cửa hoặc cửa có diện tích lớn. Các cửa cần phải kín gió. Để tránh hiện tƣợng cửa dễ bị bung khi bị gió giật, nên làm cửa sổ dạng khung đẩy, theo phƣơng đứng hoặc ngang. Các khung cửa cần đƣợc liên kết chắc chắn với tƣờng [31]. - Bảo đảm liên kết bền vững giữa cột với tƣờng nên bố trí các thanh thép neo tƣờng
vào cột, khoảng cách giữa các thanh thép neo tƣờng vào cột < 500mm, kết hợp bố trí giằng tƣờng [17].
2.2.1.2.5 Giải pháp cho mái che:
- Đối với mái tôn, khi sử dụng xà gồ gỗ nên liên kết bằng đinh vít có tán lớn; còn với xà gồ thép C hoặc thép hộp, nên liên kết bằng móc sắt. Khoảng cách giữa các liên kết đinh vít hoặc móc sắt khoảng 250mm, khoảng cách xà gồ khoảng 1.000mm. Nên sử dụng tấm lợp có chiều dày khoảng 0,4mm, loại sóng vuông bé. Phần vƣơn ra của tấm mái khỏi bờ tƣờng khoảng 250mm, tốt nhất không nên để phần mái vƣơn ra khỏi tƣờng, phía trên tấm mái nên có biện pháp chằng giữ tấm mái [12]. - Nếu mái nhà dốc thì phải có trần, độ dốc mái lấy từ 20-300. Gữa các kết cấu phải
có giằng liên kết theo phƣơng đứng và ngang. Xà gồ, cầu phong, li tô phải neo chắc chắn với kết cấu mái và tƣờng hồi. Nên có giằng chéo ở các góc mái [33].
Hình 2.7 Neo đòn tay vào tường và kèo giả
Hình 2.8 Neo kèo vào tường và trụ
- Nên làm diềm mái để hạn chế tác động trực tiếp của luồng gió lên phần đầu mái. Với mái hiên, nên làm hiên rời để nếu bị tốc thì ít ảnh hƣởng tới mái của nhà chính hoặc làm hiên bằng bê tông cốt thép. Cần hạn chế đặt các thiết bị ở trên mái. Trong trƣờng hợp phải đặt thì cần có biện pháp gia cố để đảm bảo chắc chắn rằng chúng chịu đƣợc tác động của gió. Để tránh cho các tấm lợp nhẹ khỏi bị gió tốc, cần có biện pháp neo, giữ chúng chắc chắn vào hệ kết cấu mái. Việc neo giữ có thể thực hiện bằng cách neo buộc, xây bờ chảy, bờ nóc, chèn vữa xi măng hoặc đè giữ bằng các bao cát. Ngoài ra để đảm bảo cho cả hệ thống mái không bị tốc thì các kết cấu khác của mái nhƣ rui, mè, đòn tay, xà gồ phải đƣợc liên kết chặt với nhau và liên kết với vì kèo thành một hệ thống chắc chắn. Cuối cùng, vì kèo phải đƣợc néo chặt vào cột hoặc tƣờng chịu lực bằng thép phi 6 để truyền tải trọng gió xuống kết cấu móng [31].
- Dùng các tƣờng chắn mái với độ cao phù hợp để ngăn gió không bị áp lực bốc mái [17].
Hình 2.9 Dùng các tường chắn mái với độ cao phù hợp để chắn gió
Hình 2.11 Tạo lỗ điều áp trên tường chắn mái sẽ có tác dụng bảo vệ tấm mái
2.2.1.2.6 Giải pháp cho cửa:
- Toàn bộ cửa đi và cửa sổ (bao che ngoài nhà) đều mở ra, cửa đi có then cài. Đề nghị sử dụng vật liệu gỗ cho bản và khung cửa (không sử dụng vật liệu mong manh nhƣ kính, vải bạt). Cửa phải đảm bảo kín khít, bố trí thông thoáng, các hệ cửa đối diện cơ bản nhƣ nhau [13].
- Nếu làm cửa kính nên làm khung cửa chính và cửa sổ chắc chắn. Không nên làm cửa quá lớn, không để mảng kính lớn. Việc đóng khoá cửa phải bảo đảm không để bị gió giật ra [17].
- Dùng bản lề chôn sâu vào tƣờng hoặc dùng các loại cửa đẩy, cửa lật khung cửa phải có thép đuôi cá và cửa phải đƣợc chèn cẩn thận vào tƣờng. Cửa liếp, cửa gổ cần gia cƣờng thêm các thanh chữ Z buộc hoặc đóng đinh cẩn thận [33].
2.2.1.3 Lý thuyết tính toán kết cấu cho nhà chống bão:
2.2.1.3.1 Tính toán kết cấu móng:
- Chọn giải pháp kết cấu móng là móng đá. - Móng đƣợc chông sâu dƣới nền đất là 1.5m - Thiết kế kết cấu móng theo [41, 42].
2.2.1.3.2 Tính toán tải trọng:
- Tính toán tải trọng gió tác dụng lên nhà theo [43]:
W = W0.k.c.γ (2.1)
W0 = 0,0613.V02 (2.2)
Trong đó:
W0 – giá trị áp lực gió tại vùng đang xét Vo – vận tốc gió bão.
k – hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao. c – hệ số khí động lấy theo bảng 6 [43].
γ – hệ số độ tinh cậy của tải trọng gió lấy bằng 1,2.
Tải trọng gió tác dụng vào tƣờng. Tƣờng chịu một phần lực, phần lực còn lại sẽ truyền vào cột. Để tính toán cột ta xem nhƣ cột chịu tải trọng toàn của tƣờng truyền vào khi tƣờng chịu tải trọng gió. Do đó khi tính toán tải mà cột phải chịu ta tính toán theo công thức:
Wđ = W.B (2.3)
(với B là bề rộng đón gió của phần tƣờng tuyền lực vào cột) - Tính tải trọng tỳ của phần nhà nổi lên phần nhà cố định theo [44]:
Đặc điểm của lũ ở miền trung là chảy từ thƣợng lƣu về hạ lƣu. Mực nƣớc dâng lên rất nhanh và hạ xuống củng rất nhanh do đó sẽ tạo nên một dòng chảy với vận tốc khá lớn. Vì vậy ngoài chức năng chống bão ra thì nhà chính còn có thêm chức năng là giữ cho phần nhà nổi không bị trôi đi khi có lũ. Khi đó phần nhà chính phải chịu một tải trọng tỳ lên của nhà nổi do dòng chảy của nƣớc tạo ra. Ta xem nhà nổi nhƣ một cái thuyền (hay gọi là vật thể nổi) và nhà chính là một bức tƣờng chắn. khi thuyền chịu tác động của dòng chảy thì sẽ bị trôi đi. Giờ ta đi thiết kế tƣờng chắn để chắn giữ chiếc thuyền không bị trôi đi. Nhƣ vây ta có thể tính tải trọng do nhà
nổi tỳ lên nhà chính theo lý thuyết của [44]. Sử dụng công thức tính toán của mục 6.3 trang 47 tài liệu [44], công thức là:
q = 1,1.Qtot
ld (2.4)
Trong đó:
q – Cƣờng độ tải trọng tỳ của vật thể nổi (nhà nổi) lên công trình (nhà cố định), kN/m.
Qtot – Lực nằm ngang trong tổng tác dụng của gió, dòng chảy và sóng. Ở đây ta chỉ xét tới lực nằm ngang do tác dụng của dòng chảy nƣớc lũ lên vật thể nổi ở đây là phần nhà nổi, (kN).
Qtot = Qw = 0.59.AI.vt2 (2.5) AI – Phần diện tích cản nƣớc chính diện (dƣới nƣớc) của vật thể nổi, m2 vt – Vận tốc ngang của dòng chảy nƣớc, m/s
ld – Chiều dài doàn tiếp xúc của vật thể nổi (nhà nổi) với công trình (nhà cố định), m.
- Tải trọng bản thân sàn mái:
Sàn mái gồm các lớp cấu tạo sau: lớp vữa xi măng trát trần mác 75 dày 1,5 cm ; sàn BTCT dày theo tính toán. Nếu sàn có lát thêm gạch thì có thêm lớp vữa lót dày 3cm và lớp gạch. Công thức tính tải trọng bản thân sàn mái
gtt = ∑gitc.n =∑ i.γi.n (2.6)
Trong đó:
gtc – tải trọng tiêu chuẩn của lớp cấu thứ i, T/m2
i – độ dày của lớp cấu tạo thứ i, m
γi – khối lƣợng riêng của lớp cấu tạo thứ i, T/m3
n – hệ số an toàn, n = 1,3 đối với lớp vữa và n = 1,1 đối lớp các lớp còn lại. - Tải trọng tƣờng tác dụng lên dầm:
Q = 0,7.St.q.n
lt (T/m) (2.7) Trong đó:
q –Tải trọng tiêu chuẩn của tƣờng. Với tƣờng gạch xây dày 20 tra bảng ta đƣợc q = 330 (kg/m) = 0,33 (T/m).
St – Diện tích phần tƣờng gác lên dầm. n – Hệ số vƣợt tải ( chọn n=1,1)
lt – Chiều dài của tƣờng phân bố lên dầm.
2.2.1.3.3 Tính toán kết cấu của nhà cố định theo [45, 46]:
Bƣớc 1: Chọn sơ bộ kích thƣớc tiết diện.
Chọn sơ bộ kích thƣớc tiết diện cột: Tiết diện cột A0 đƣợc xác định:
A0 = kt.N
Rb (2.8)
Trong đó :
Rb – Cƣờng độ tính toán về nén của bê tông.
N – Lực nén, đƣợc tính toán bằng công thức nhƣ sau : N = ms.q.Fs Fs – Diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét.
ms – Số sàn phía trên tiết diện đang xét kể cả tầng mái.
q – Tải trọng tƣơng đƣơng tính trên mỗi mét vuông mặt sàn trong đó gồm tải trọng thƣờng xuyên và tạm thời trên bản sàn, trọng lƣợng dầm, tƣờng, cột đem tính ra phân bố đều trên sàn. Giá trị q đƣợc lấy theo kinh nghiệm thiết kế. Với nhà có bề dày sàn là bé (10 ÷ 14 cm kể cả lớp cấu tạo mặt sàn), có ít tƣờng, kích thƣớc của dầm và cột thuộc loại bé q = 1÷1,4 (T/m2
).
kt – Hệ số xét đến ảnh hƣởng khác nhƣ mômen uốn, hàm lƣợng cốt thép, độ mảnh của cột. Xét sự ảnh hƣởng này theo sự phân tích và kinh nghiệm của ngƣời thiết kế, khi ảnh hƣởng của mômen là lớn, độ mảnh cột lớn thì lấy kt lớn, vào khoảng 1,3 ÷ 1.5. Khi ảnh hƣởng của mômen là bé thì lấy kt = 1,1÷1,2.
Chọn sơ bộ chiều dày sàn mái:
- Đặt hs là chiều dày bản sàn. Chọn hs theo điều kiện khả năng chịu lực và thuận tiện cho thi công. Ngoài ra cũng cần hs ≥ hmin theo điều kiện sử dụng.
- Theo điều 8.2.2 trang 123 tài liệu [45] quy định :