CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP KẾT CẤU
2.2. GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
Sinh viên lựa chọn phương án kết cấu thông qua việc nhận định, đánh giá mức độ công trình. Đồng thời giả thuyết, nhận định công trình dựa trên những quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật có liên quan. Đây sẽ là một phần tài liệu mà sinh viên có thể dựa vào để phân tích và đánh giá phương án. Từ đó đưa ra được giải pháp kết cấu phù hợp cho công trình. Các tiêu chí để đánh giá cho giải pháp kết cấu công trình:
- Bố trí hệ kết cấu phần thân hợp lí.
- Tính toán các cấu kiện đảm bảo đủ khả năng chịu lực theo những tiêu chuẩn thiết kế.
- Giải pháp kết cấu phải phù hợp với phương án thi công.
- Móng có độ tin cậy cao.
- Cấu tạo kết cấu phù hợp với giá thành và hợp đồng kinh tế.
2.2.1. Sơ đồ kết cấu và phương pháp tính
Hệ kết cấu chịu lực của công trình gồm: Cột, vách, dầm, sàn, hệ thống khung cột vách sẽ được liên kết với nhau thông qua hệ kết cấu dầm, sàn. Sinh viên sử dụng phần mềm hỗ trợ đễ phân tích kết cấu dạng 3D. Một số phần mềm sinh viên có thể sử dụng: Etabs 18, Safe, Sap2000…Qua đó sinh viên thu về được giá trị nội lực từ các phần mềm trên, đồng thời phân tích và đánh giá được dao động công trình từ đó đưa ra phương án thiết kế tối ưu.
Sinh viên phân tích và tính toán phương án kết cấu trong phần mềm phần tử hữu hạn với những định nghĩa sau:
Định nghĩa cấu kiện trong phần mềm Etabs
Cột Frame
Vách Shell - Thin
Dầm Frame
Sàn Shell - Thin
Những lớp vật liệu của sàn, và tải trọng do tường gây lên theo phương thẳng đứng lên dầm và sàn được gọi là tĩnh tải. Hoạt tải theo phương thẳng đứng được gán lên sàn dầm, giá trị hoạt tải phụ thuộc vào công năng sử dụng tại khu vực đó. Hoạt tải theo phương ngang do tải trọng gió tác dụng vào cột thông qua phần tử sàn.
SVTH: NGÔ TUẤN DUY – MSSV: 1810077 Trang 14
Trong phương pháp phần tử hữu hạn, càng chia “mịn” giá trị phần tử thì càng thu được kết quả chính xác.
2.2.2. Phân tích, lựa chọn hệ kết cấu chịu lực
Hệ kết cấu chịu lực sẽ chịu toàn bộ tải trọng công trình (theo cả 2 phương thẳng đứng và phương ngang), và lực đó sẽ được truyền xuống móng và đất nền. Hệ chịu lực chính của công trình là hệ sàn, hệ khung (dầm và cột), và các vách cứng (lõi). Bên cạnh tác dụng chịu lực cho công trình, hệ chịu lực còn có những vai trò:
- Tạo ra không gian sử dụng với các công năng riêng biệt.
- Có vai trò giúp ổn định tổng thể cho công trình, chống lật…
Kết cấu chịu lực công trình.
Phú Điền Building với số tầng được xây dựng là 18 tầng (bao gồm tầng kỹ thuật và tầng mái), và 2 tầng hầm. Dựa vào kiến trúc công trình sinh viên sẽ lựa chọn phương án kết cấu như sau:
Phân tích ưu và nhược điểm của các hệ kết cấu chịu lực
Ưu điểm Nhược điểm
Hệ vách chịu lực
(1) Tận dụng được công năng sử dụng, không mất quá nhiều diện tích kiến trúc.
(2). Sơ đồ tính đơn giản
(1) Đối với công trình lớn thì độ cứng theo phương ngang của vách có thể không thỏa mãn.
(2). Vách phải được bố trí 2 phương.
Hệ khung, vách chịu lực
(1). Tối ưu được nhiều loại công trình cao tầng
(1) Bố trí vách cứng sai lệch rất dễ khiến công trình xoắn.
SVTH: NGÔ TUẤN DUY – MSSV: 1810077 Trang 15
(2). Tối ưu được kiến trúc do thường được bố trí tại vị trí thang máy Hệ khung vách lõi cứng chịu
lực
Độ cứng được gia tăng đáng kể so với hệ khung, vách chịu lực.
Kết luận: Chung cư cao tầng Phú Điền với công năng từ tầng 1 - tầng 4 được sử dụng làm khu vực văn phòng; Từ tầng 5 trở lên được sử dụng làm hệ thống căn hộ cao cấp.
Công trình có khẩu độ khá lớn (nhịp sàn lớn nhất lên đến 10.5m), do đó sinh viên lựa chọn hệ khung - vách cứng chịu lực cho công trình.
Hệ vách cứng chịu lực được bố trí tại vị trí thang máy và thang bộ ở giữa công trình, nhằm tăng độ cứng, chịu tác dụng của tải ngang, đồng thời bố trí hệ vách cứng ở giữa công trình còn giúp công trình giảm xoắn đáng kể.
Sinh viên bố trí hệ khung bê tông cốt thép (cột dầm) ở các khu vực còn lại.
Chi tiết kích thước sàn điển hình (tầng 6 – tầng 17)
Sinh viên lựa chọn phương án kết cấu cho sàn thông qua những đánh giá về mặt kiến trúc công trình, sinh viên cho 2 phương án sàn như sau:
SVTH: NGÔ TUẤN DUY – MSSV: 1810077 Trang 16
- Phương án 1: Hệ kết cấu dầm, sàn cổ điển.
- Phương án 2: Hệ kết cấu sàn dự ứng lực (sàn không dầm).
Sinh viên đánh giá tổng quan về 2 phương án thiết kế:
Bảng đánh giá ưu nhược điểm của 2 phương án kết cấu sàn
Phương án Kết cấu và Thi công
Ưu điểm Nhược điểm
Sàn dầm cổ điển
(1) Tính toán đơn giản, phù hợp cho sinh viên.
(2) Chiều dày bản sàn nhỏ.
(3) Thi công đơn giản, phổ biến ở nước ta.
(1) Không được đánh giá cao về mặt kiến trúc do chiều cao thông thủy thấp.
(2) Tiến độ thi công kéo dài, và thi công phức tạp.
(3) Do nhịp sàn lớn nên độ võng công trình sẽ lớn.
Sàn dự ứng lực trước
(1) Chiều cao cấu kiện nhỏ, nên giảm được chiều cao công trình.
(2) Khả năng chịu lực, giảm tải trọng xuống móng.
(3) Tiết kiệm được không gian sử dụng.
(1) Chiều dày bản sàn tăng đáng kể.
(2) Việc tính toán phức tạp, gây khó khăn cho sinh viên.
(3) Đòi hỏi kinh nghiệm thi công.
Nhận xét:
Sinh viên nhận định và đánh giá công trình Phú Điền Building dựa vào bảng so sành đánh giá ưu nhược điểm của 2 phương án kết cấu từ đó đưa ra phương án phù hợp.
- Nhịp ô sàn dao động từ 8.5m cho đến 10.5m, sinh viên đánh giá thấy những ưu điểm khi sử dụng phương án “sàn dự ứng lực trước” sẽ tận dụng được chiều cao thông thủy cho khu vực căn hộ.
- Tuy nhiên với số lượng kiến thức sinh viên đã tích lũy cho đến thời điểm hiện tại, việc lựa chọn phương án “sàn dự ứng lực trước” sẽ gây khó khăn trong quá trình tính toán.
Kết luân:
- Sinh viên lựa chọn phương án kết cấu “sàn dầm cổ điển” cho công trình.
- Dầm phụ sinh viên bố trí để chia nhỏ ô sàn, và hạn chế đi qua phòng ngủ.
SVTH: NGÔ TUẤN DUY – MSSV: 1810077 Trang 17
- Tiết diện dầm phụ tương đối lớn để thỏa mãn các điều kiện về nứt võng theo TTGH II.
2.2.3. Phân tích, lựa chọn phương án kết cấu cho phần ngầm
Công trình được xây dựng tại đường Lý Thường Kiệt, quận Hoàn Kiếm, Thủ Đô Hà Nội có các lớp đất trong địa chất như sau:
- Lớp đất 1: Bê tông, cát san lấp.
- Lớp đất 2: Sét, sét pha, lẫn sạn sỏi laterit, màu nâu đỏ, xám xanh, vàng nhạt, trạng thái dẻo cứng tới nửa cứng.
- Lớp đất 3: Cát, cát pha, màu xám trắng, vàng nhạt, trạng thái chặt vừa.
- Lớp đất 4: Sét pha, màu xám trắng, trạng thái nửa cứng.
- Lớp đất 5: Cát, cát pha, màu xám trắng, vàng nhạt, trạng thái chặt vừa.
- Lớp đất 6: Sét, sét pha, màu nâu đỏ, xám, trạng thái cứng.
- Lớp đất 7: Cát, màu xám trắng, nâu, trạng thái chặt.
- Lớp đất 8: Sét, màu xám nâu, xám vàng, trạng thái rất cứng.
- Lớp đất 9: Cát lẫn sạn sỏi màu xám trắng, trạng thái rất chặt.
Sinh viên sử dụng HK1 để tính toán cho luận văn, địa chất có mực nước ngầm ở độ sâu -4.400m (so với cốt ±0.000m).
Với các đặc điểm địa chất như trên, sinh viên nêu một số loại cọc cùng ưu, nhược điểm để có thể phân tích và lựa chọn phương án cọc tốt nhất cho công trình.
- Cọc khoan nhồi:
o Ưu điểm:
(1) Đường kính cọc lớn nên sức chịu tải của cọc khoan nhồi rất lớn có thể lên đến hàng nghìn tấn, cọc khoan nhồi có thể đặt vào những lớp đất rất cứng, thậm chí lớp đá mà cọc đóng không thể khoan tới.
(2) Thi công không gây chấn động và ảnh hưởng đến các công trình xung quanh đó.
Và có thể thi công trong điều kiện xây dựng chật hẹp
(3) Tiết kiệm được lượng thép so với các loại cọc lắp ghép.
(4) Chi phí: giảm được 20 - 30% chi phí cho xây dựng móng công trình. Thời gian thi công nhanh.
SVTH: NGÔ TUẤN DUY – MSSV: 1810077 Trang 18
o Nhược điểm:
(1) Giá thành cao hơn so với phương án thi công móng ép cọc khi xây dựng.
(2) Việc kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi rất phức tạp, đòi hỏi kinh nghiệm.
- Móng cọc bê tông đúc sẵn:
o Ưu điểm:
(1) Thi công dễ dàng, kiểm soát được chất lượng cọc một cạch đơn giản.
(2) Được sử dụng rộng rãi, nên dễ tìm nhà thầu thi công.
(3) Linh động, dễ dàng thay đổi được nhiều hình dạng do được đúc sẵn.
o Nhược điểm:
(1) Giá thành cao hơn cọc ly tâm.
(2) Dễ xuất hiện vết nứt khi chịu tải trọng lớn.
(3) Gây ảnh hưởng đến những công trình xung quanh do gây ra tiếng ồn và chấn động.
Kết luận:
- Với những phân tích về ưu nhược điểm của các phương án cọc đã nêu trên, sinh viên kết luận sử dụng phương án cọc khoan nhồi.
- Ngoài ra còn hệ vách hầm được thiết kế nhằm chịu chủ yếu tải trọng ngang do áp lực của đất.