CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
2.2 Số liệu thiết kế
2.2.1. Giải pháp vật liệu
Hiện nay ở Việt Nam, vật liệu dùng cho kết cấu nhà cao tầng thường sử dụng là bê tông cốt thép và thép.Công trình bằng thép với thiết kế dạng bê tông cốt cứng đã bắt đầu được xây dựng ở nước ta. Đặc điểm chính của kết cấu thép là cường độ vật liệu
lớn dẫn đến kích thước tiết diện nhỏ mà vẫn đảm bảo khả năng chịu lưc. Kết cấu thép có tính đàn hồi cao, khả năng chịu biến dạng lớn nên rất thích hợp cho công trình cao tầng chịu tải trọng ngang lớn và các công trình cần giảm khối lượng kết cấu để giảm tác động của tải trọng động đất. Tuy nhiên nếu dùng kết cấu thép cho nhà cao tầng thì việc đảm bảo thi công tốt các mối nối là rất khó khăn, mặt khác giá thành công trình thép thường cao mà chi phí cho việc bảo quản cấu kiện khi công trình đi vào sử dụng là rất tốn kém, đặc biệt với môi trường khí hậu Việt Nam, công trình bằng thép kém bền với nhiệt độ, khi xảy ra hỏa hoạn hoặc cháy nổ thì công trình bằng thép rất dễ chảy dẻo dẫn đến sụp đổ do không còn độ cứng để chống đỡ cả công trình. Kết cấu nhà cao tầng bằng thép chỉ thực sự phát huy khi cần không gian sử dụng lớn, chiều cao nhà lớn (nhà siêu cao tầng) hoặc đối với các kết cấu nhịp lớn như nhà thi đấu, mái sân vận động, nhà hát, viện bảo tàng…
Bê tông cốt thép là loại vật liệu được sử dụng chính cho các công trình xây dựng trên thế giới. Kết cấu bê tông cốt thép khắc phục được một số nhược điểm của kết cấu thép như thi công đơn giản hơn, vật liệu rẻ tiền hơn, bền với môi trường và nhiệt độ, ngoài ra nó tận dụng được tính chịu nén rất tốt của bê tông và tính chịu kéo của cốt thép nhờ sự làm việc chung giữa chúng. Tuy nhiên vật liệu bê tông cốt thép sẽ đòi hỏi kích thước cấu kiện lớn nên tải trọng bản thân của công trình lớn khiến cho công trình chịu tác động của tải trọng động đất và thành phần động của tải trọng gió lớn, điều này khiến cho việc lựa chọn giải pháp kết cấu để xử lý là phức tạp.
Vật liệu sử dụng trong nhà cao tầng cũng như trong các công trình khác luôn phải đảm bảo các yêu cầu sau: đảm bảo khả năng chịu lực cho cấu kiện.Đảm bảo độ cứng, độ ổn định tổng thể cho cấu kiện và cho toàn bộ kết cấu.Đảm bảo khả năng chống cháy, cách nhiệt, cách âm.Dễ cung ứng, tận dụng được nguồn nguyên liệu địa phương.Phù hợp với công nghệ thi công.Vật liệu nhẹ, vật liệu cường độ cao.
Các loại vật liệu thường sử dụng trong thiết kế nhà cao tầng như bê tông cốt thép, kết cấu liên hợp bê tông- thép (composite), kết cấu thép. Mỗi loại vật liệu đều có những ưu nhược điểm khác nhau. Bảng so sánh dưới đây cho thấy những khác nhau cơ bản được chỉ ra giữa các vật liệu:
Bảng 1: So sánh kết cấu BTCT và kết cấu thép
Đặc tính Bê tông cốt thép Kết cấu thép
Cường độ
Khả năng chịu nén tốt, chịu kéo kém, cường độ phụ thuộc cấp độ bền.
Khả năng chịu kéo nén tốt, cường độ phụ thuộc cấp thép, tuy nhiên có cường độ lớn rất nhiều lần so với bê tông.
Chịu lửa
Trơ với lửa và chịu được nhiệt độ cao trong khoảng thời gian đủ dài
Chịu lửa kém, khi nhiệt độ tăng kết cấu trở lên dẻo và mất cường độ.
Ăn mòn Không bị ăn mòn Bị ăn mòn do phản ứng với môi
trường.
Liên kết Dễ dàng liên kết bằng cách
đổ bê tông toàn khối
Liên kết phức tạp và tốn thời gian gia công cấu kiên.
Áp dụng kết cấu BTCT vào công trình “Trụ sở làm việc công an tỉnh Hà Nam”.
Hệ kết cấu được chọn là hệ khung chịu lực theo phương đứng, và sàn sườn BTCT toàn khối theo phương ngang với tổng số tầng là 8 tầng thì sử dụng vật liệu bê tông cốt thép là phương án mang lại hiệu quả lớn nhất về kinh tế và kỹ thuật.
Chọn cấp độ bền bê tông cho các cấu kiện:
Bảng 2: Cấp độ bền bê tông cho cấu kiện
TT
Cấu kiện
Cấp độ bền Chịu nén (mác)
Rb (MPa)
Rbt (Mpa)
Mô đun đàn hồi
(Mpa)
1 Cột, vách B25 22 1.4 30×103
2 Dầm, sàn, đường dốc, cầu thang
B25 17 1.2 30×103
3 Lanh tô, giằng tường B20 11.5 0.90 27×103
4 Bê tông lót móng B7.5 4.50 0.48 16×103
2.2.2. Giải pháp kết cấu a. Kết cấu theo phương ngang
Theo trong kiến trúc cho thấy nhịp công trình lớn nhất là 7m và nhỏ nhất là 2,4m.
Công năng chủ yếu công trình là phòng làm việc và phòng họp. Do vậy chọn phương án là sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối.
b. Lựa chon kết cấu theo phương đứng
Do công trình là nhà cao tầng với độ cao vừa phải, lại có bố trí thang máy ở vị trí khá cân xứng nên hệ kết cấu phù hợp và kinh tế nhất là kết cấu khung và vách lõi kết hợp
chịu lực.