III. Cách tiếp cận, phƣơng pháp và phạm vi nghiên cứu:
2.2.1.2.3 Giải pháp cho kết cấu khung bêtông 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 : hmin = 40 mm đối với sàn mái.
hmin = 50 mm đối với sàn nhà ở và công trình công cộng.
- Chọn chiều dày của sàn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng. Có thể chọn chiều dày bản sàn xác định sơ bộ theo công thức :
hb = 1
m.lt (2.9)
Với ô bản liên kết bốn cạnh, chịu uốn 2 phƣơng m = 40÷50 và lt là nhịp theo phƣơng cạnh ngắn.
Chọn sơ bộ tiết diện dầm.
Bảng 2.5 Chọn tiết diện dầm
KÍCH THƢỚC TIẾT DIỆN DẦM
Loại dầm Nhịp L (m) Chiều cao h Chiều rộng b
Một nhịp Nhiều nhịp Dầm phụ
Dầm chính
Bƣớc 2: Tính toán cốt thép dọc dầm :
Tính cốt thép dọc:
Dựa vào mô hình tính toán và kết quả nội lực từ phần mềm etab và các tiết diện,vật liệu đã chọn tiến hành tính toán cốt thép cho hệ dầm nhƣ sau:
- Từ các giá trị mômen ở nhịp và ở gối, giả thiết a, tính cốt thép theo các công thức sau: h0 = h - a ; m = M γbRb.b.h02 (2.10) = 1 - √1 - 2 m (2.11) As = .γb.Rb.b.h0 Rs (2.12) 6m 1 1 15 12 L 1 20 h L 1 2 3 3 h 10m 1 1 12 8 L 1 15 h L
- Kiểm tra bố trí thép: a bố trí a chọn - Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép: min= 0,05% ≤ = As b.h0 ≤ max = pl.γb.Rb Rs (2.13) Bố trí cốt đai cho dầm :
- Kiểm tra điều kiện tính toán: φb3(1+ φf + φn)γbRbtbh0
Nếu Qtt < φb3(1+ φf + φn)γbRbtbh0 (2.14) => Bê tông không đủ chịu cắt, cần phải tính cốt đai chịu lực cắt cho dầm. Xác định bƣớc cốt đai: stt = 4.φb2.(1 + φf + φn).γb.Rbt.b.h0 2 Q2 Rsw.n.asw (mm) (2.15) smax = 4.φb4.(1+ φn).γb.Rbt.b.h0 2 Q (mm) (2.16)
Bƣớc 3: tính toán kết cấu cột cho toàn bộ công trình.
Nội lực của cột đƣợc lấy ra từ kết quả của phần mềm Etabs xuất ra. Dựa vào kết quả xuất ra ta lực chọn những cặp nội lực tại hai tiết diện đầu cột và chân cột có giá trị lớn nhất để tính toán cho cột. Những cặp nội lực đƣợc chọn để tính toán thỏa mãn:
1. N max ; Mx, My (Tƣơng ứng) 2. Mx(max) ; My, N (Tƣơng ứng) 3. My(max) ; Mx, N (Tƣơng ứng)
- Trong tiến trình tính toán thép cột ta sử dụng tổ hợp 1 để tính toán và tiến hành kiểm tra lại bằng tổ hợp 2,3.
- Sau khi lựa chọn những cặp nội lực lớn nhất của từng cột, ta tiến hành quá trình tính toán.
- Xét tiết diện có cạnh Cx, Cy. Tiết diện chịu lực nén N, mômen uốn Mx, My, độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay. Sau khi xét uốn dọc theo hai phƣơng tính đƣợc hệ số ηx, ηy. Mômen lúc này đã gia tăng Mx1, My1.
mm 500 mm) ( 3 h sct
Mx1 = ηx.Mx ; My1 = ηy.My
- Tùy theo tƣơng quan giữa giá trị Mx1, My1 với kích thƣớc các cạnh mà đƣa về một trong hai mô hình tính toán (theo phƣơng x hoặc y). Điều kiện và kí hiệu trong bảng 2.6 :
Bảng 2.6 Mô hình tính toán cột
Mô hình Theo phƣơng x Theo phƣơng y
Điều kiện Mx1 Cx > My1 Cy My1 Cy > Mx1 Cx Ký hiệu h = Cx ; b = Cy M1 = Mx1 ; M2 = My2 Ea = eax + 0,2eay h = Cy ; b = Cx M1 = My1 ; M2 = Mx2 Ea = eay + 0,2eax
- Giả thiết chiều dày lớp đệm a = a’, tính h0 = h – a ; za = h – 2a. Tiến hành tính toán theo trƣờng hợp đặt cốt thép đối xứng.
- Chiều cao vùng nén: x = N/(Rb.b)
- Hệ số chuyển đổi m0: Khi x ≤ h0 thì m0 = 1- (0,6x/h0) , x > h0 thì m0 = 0,4 - Tính mômen tƣơng đƣơng (đổi nén lệch tâm xiên ra lệch tâm phẳng)
M = M1 + m0.M2.(h/b)
- Độ lệch tâm tĩnh học e1 = M/N và độ lệch tâm ngẫu nhiên ea = max (l/600,h/30)
- Với kết cấu siêu tĩnh: e0 = max (e1, ea) => e = eo + (h/2) –a
- Tính toán độ mảnh theo hai phƣơng : λx = l0x/ix ; λy = loy/iy ; λ = max (λx, λy)