CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 1. Các quy phạm và tiêu chuẩn làm cơ sở cho việc thiết kế Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép TCVN 5574:2012 Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động TCVN 2737:1995 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình TCVN 9362:2012 Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCVN 10304:2014 Nhà cao tầng - thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối TCXD 198:1997 … 2. Giải pháp kết cấu cho công trình 2.1 Hệ kết cấu chịu lực chính Hệ chịu lực của nhà cao tầng là bộ phận chủ yếu của công trình nhận các loại tải trọng truyền chúng xuống móng và nền đất. Hệ chịu lực của công trình nhà cao tầng nói chung được tạo thành từ các cấu kiện chịu lực chính là sàn, khung và vách cứng.
Hệ tường cứng chịu lực (vách cứng): cấu tạo chủ yếu trong hệ kết cấu công trình chịu tải trọng ngang (gió). Bố trí hệ tường cứng ngang và dọc theo chu vi lõi thang tạo hệ lõi cứng cùng chịu lực và chu vi công trình để có độ cứng chống xoắn tốt. Vách cứng là cấu kiện không thể thiếu trong kết cấu nhà cao tầng hiện nay. Nó là cấu kiện thẳng đứng có thể chịu được các tải trọng ngang và đứng.
Đặc biệt là các tải trọng ngang xuất hiện trong các công trình nhà cao tầng với những lực ngang tác động rất lớn. Sự ổn định của công trình nhờ các vách cứng ngang và dọc. Như vậy vách cứng được hiểu theo nghĩa là các tấm tường được thiết kế chịu tải trọng ngang. Bản sàn được xem như tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của chúng.
Có tác dụng tham gia vào việc tiếp thu và truyền tải trọng vào các tường cứng và truyền xuống móng. Thường nhà cao tầng dưới tác động của tải trọng ngang được xem như một thanh ngàm ở móng. Hệ khung chịu lực: được tạo thành từ các thanh đứng (cột) và ngang (dầm) liên kết cứng tại chỗ giao nhau của chúng, các khung phẳng liên kết với nhau tạo thành khối khung không gian. Tải trọng đứng và tải trọng ngang (tác động của gió và động đất) của kết cấu khung đều do dầm và cột đảm nhiệm không có khối tường chịu lực.
Không gian mặt bằng lớn, bố trí kiến trúc linh hoạt, có thể đáp ứng yêu cầu sử dụng không bị hạn chế, phù hợp với các loại công trình. Do kết cấu khung có độ cứng bên nhỏ, khả năng chống lực bên tương đối thấp, đế đáp ứng yêu cầu chống gió và động đất, mặt cắt của dầm và cột tương đối lớn, lượng thép dùng tương đối nhiều. Dưới tác động của động đất, do biến dạng ngang tương đối lớn nên kết cấu bao che công trình và trang trí bên trong dễ bị nứt và hư hỏng. Kết cấu khung - vách: là hình thức tổ hợp của hai hệ kết cấu trên.
Tận dụng ưu việt của mỗi loại, vừa có thể cung cấp một không gian sử dụng tương đối lớn vừa có khả năng chống lực ngang tốt. Vách cứng trong kết cấu khung vách có thể bố trí độc lập, cũng có thể lợi dụng vách của thang máy, gian cầu thang, giếng đường ống. Vì vậy, loại kết cấu này đã được dùng rộng rãi cho các loại công trình và đây chính là giải pháp kết cấu được áp dụng cho công trình chung cư Four Aces.2 Hệ kết cấu tường chắn giữ cho tầng hầm Nhà không có tầng hầm, độ sâu ngàm vào đất là tương đối nông khoảng 2 3m , độ ổn định của công trình không cao do trọng tâm của công trình ở trên cao. Khi có tầng hầm trọng tâm của công trình sẽ được hạ xuống thấp, do đó làm tăng tính ổn định cho công trình.
Hơn nữa tường, THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 do an cột, dầm, sàn của tầng hầm sẽ làm tăng độ ngàm của công trình vào đất, tăng khả năng chịu tải ngang như gió, bão, động đất,… Khi thi công tầng hầm phải đào sâu vào trong lòng đất, nhất là đối với nhà có nhiều tầng hầm thì giải pháp chắn đất bằng tường liên tục (diaphragm wall) tỏ ra hiệu quả. Nếu tường liên tục trong đất lại kiêm làm kết cấu chịu lực của công trình xây dựng thì hiệu quả kinh tế càng cao hơn. THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 12 do an CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH 1. Số liệu tính toán: 1.1 Kích thước sơ bộ Chọn sơ bộ chiều dày sàn Kích Chiều dày sàn STT Ô Sàn thước hs hs chọn nhịp L/50 L/40 mm mm mm mm 1 F1 6000 120.2 Vật liệu Bê tông B30 có Rb = 17 MPa Thép AIII 10) , Rs = 365 MPa Thép AI, 10) , Rs = 225 MPa 1.
Tải trọng thường xuyên cho các lớp sàn Trọng lượng riêng của vật liệu và hệ số độ tin cậy Trọng Hệ số độ tin STT Vật liệu Đơn vị lượng riêng cậy 1 Vữa XM trát, ốp, lát kN/m³ 18 1.3 2 Gạch ốp, lát kN/m³ 22 1.1 3 Lớp chống thấm kN/m³ 0.2 4 Hệ thống kỹ thuật kN/m³ - 1. Tĩnh tải tác dụng lên sàn: Tĩnh tải sàn khu dịch vụ-khu ở- hành lang- ban công Tải Hệ số Tải Trọng Chiều trọng vượt tọng STT Các lớp cấu tạo lượng dày tiêu tải tính riêng chuẩn n toán mm kN/m³ (kN/m²) (kN/m²) 1 Lớp gạch Ceramic 20 22 0.47 3 Lớp vữa trát 15 18 0.35 4 Hệ thống kỹ thuật - - 0.30 Tổng tĩnh tải 1.60 Tải trọng tiêu chuẩn với hệ số vượt tải trung 1.2 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 13 do an Tĩnh tải sàn đậu xe- sàn hầm Tải Hệ số Tải Trọng Chiều trọng vượt tọng STT Các lớp cấu tạo lượng dày tiêu tải tính riêng chuẩn n toán mm kN/m³ (kN/m²) (kN/m²) 1 Lớp vữa lót- tạo dốc 50 22 1.43 3 Lớp vữa trát trần 10 18 0.23 4 Hệ thống kỹ thuật - - 0.30 Tổng tĩnh tải 1.96 Tải trọng tiêu chuẩn với hệ số vượt tải trung 1.2 Tĩnh tải sàn vệ sinh Tải Hệ số Tải Trọng Chiều trọng vượt tọng STT Các lớp cấu tạo lượng dày tiêu tải tính riêng chuẩn n toán mm kN/m³ (kN/m²) (kN/m²) 1 Lớp gạch Ceramic 10 22 0.24 2 Lớp vữa tạo dốc 20 18 0.47 3 Lớp vữa trát 15 18 0.26 5 Hệ thống kỹ thuật - - 0.30 Tổng tĩnh tải 1.62 Tải trọng tiêu chuẩn với hệ số vượt tải trung 1.2 Tĩnh tải sàn mái Tải Hệ số Tải Trọng Chiều trọng vượt tọng STT Các lớp cấu tạo lượng dày tiêu tải tính riêng chuẩn n toán mm kN/m³ (kN/m²) (kN/m²) 1 Lớp gạch Ceramic 10 22 0.24 Lớp vữa tạo dốc 20 18 0.47 2 Lớp chống thấm 10 18 0.22 3 Lớp vữa trát 15 18 0.35 4 Hệ thống kỹ thuật - - 0.30 Tổng tĩnh tải 1.58 Tải trọng tiêu chuẩn với hệ số vượt tải trung 1.2 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 14 do an Tĩnh tải tường h tương kN/m2 kN/m (m) Tường 100mm D650 1. Hoạt tải tác dụng lên sàn: Hoạt tải toàn Hoạt tải Hoạt tải Hoạt tải Hệ số vượt Chức năng các phần dài hạn ngắn hạn toàn phần tải phòng của công trình tiêu chuẩn tiêu chuẩn tiêu chuẩn tính toán 2 kN/m kN/m2 kN/m2 n kN/m2 Sàn hầm 4 1.8 Sảnh, hành lang, cầu 3 1 2 1.6 thang Văn phòng, phòng ngủ, phòng khách, 2 1 1 1.4 phòng ăn, vệ sinh. Ban công, logia 2 0.4 Mái không sử dụng 0.
Kết quả tính toán bằng safe 2016: THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 15 do an Hình 1: Hoạt tải sàn trong Etabs 2016 Hình 2: Trọng lượng bản thân sàn trong Etabs 2016 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 16 do an - Sàn được mô hình và tính toán bằng phần mềm SAFE với các hệ dầm chính và dầm phụ Hình 3: Phân tích và tính toán sàn bằng safe THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 17 do an Hình 4: Momen theo phương X Hình 5: Momen theo phương Y 2.1 Từ biến và co ngót - Độ võng sàn được tính có xét đến sự ảnh hưởng của hiện tượng từ biến và co ngót của bê tông THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 18 do an Thông số đầu vào Concrete B30 fcm = 33 Mpa Rebar CB400V h0 = 200 mm Relative humidity (RH) 80% α1 = 1.01184 Size of strip b = 1000 mm α3 = 1.02986 Time of consideration 1 year t= 365 days Time at loading 14 days t0 = 14 days Concrete B30 fcm = 33 Mpa Rebar CB400V fcm0 = 10 Mpa Relative humidity (RH) 80% fck = 25 Mpa Thickness h = 250 mm h0 = 200 mm Size of strip b = 1000 mm s= 0.25 Time of consideration 1 year αd1 = 4 Time at end curing 0.12 Type of cement N t= 365 days t0 = 0.05 days Result εcd,0 = 0.85 o Hệ số từ biến là 1.576 o Hệ số co ngót là 0.2 Xác định độ võng sàn bằng safe 2016 Khi tính toán võng cho các cấu kiện chịu uốn (sàn) các công trình cần chú ý: Tổ hợp tải trọng theo TTGH II (tải trọng tiêu chuẩn) Sự xuất hiện của vết nứt trong bêtông khi chịu lực sẽ làm giảm độ cứng của tiết diện và làm tăng độ võng cho cấu kiện. Sự làm việc dài hạn của kết cấu BTCT, cần xét tới các yếu tố từ do biến và co ngót cũng như tác dụng dài hạn của các loại tải trọng. Theo TCVN 5574-2012, độ võng toàn phần f được xác định theo công thức như: f = f1 – f2 + f3 Trong đó: f1: độ võng do tác dụng ngắn hạn (Shortterm) của toàn bộ tải trọng (DL+SDL+WL+LL1 +LL2) gây ra. f2: độ võng do tác dụng ngắn hạn (Shortterm) của tải trọng dài hạn (DL+SDL+WL+ ψ LL1 + ψ LL2) gây ra THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 19 do an f3: độ võng do tác dụng dài hạn (Longterm) của tải trọng dài hạn (DL+SDL+WL+ ψ LL1 + ψ LL2) gây ra. Lưu ý: Với ψ là hệ số qui đổi chuyển từ tải toàn phần sang tải trọng dài hạn, lấy theo TCVN 2737-1995 Sử dụng phiên bản SAFE V12 tiến hành khai báo như sau: Define Load cases/ Initial Conditions/ Continue from State at End of Nonlinear Case. Cho phép phân tích trường hợp hiện tại có xét đến ảnh hưởng của quá trình làm việc trước đó.