CHƯƠNG I GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH 1.1 CÁC GIẢI PHÁP VẬT LIỆU, KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH 1.1 Giải pháp về vật liệu Hiện nay ở Việt Nam, vật liệu dùng cho kết cấu nhà cao tầng thường sử dụng là bêtông cốt thép và thép (bêtông cốt cứng). - Công trình bằng thép với thiết kế dạng bêtông cốt cứng đã bắt đầu đươc 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 lực. Kết cấu thép có tính đàn hồi cao, khả năng chịu biến dạng lớn nên rất thích hợp cho các 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 bằng 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, và công trình bằng thép kém bền với nhiệt độ, khi xảy ra hoả 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 hiệu quả 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 (nhóm các công trình công cộng). - Bêtông cốt thép là loại vật liệu được sử dụng chính cho các công trình xây dựng trên thế giới. Kết cấu bêtông cốt thép khắc phục được một số nhược điểm của kết cấu thép như thi công đơn giản hơn, vật liệu rẻ hơn, bền với môi trường và nhiệt độ, ngoài ra nó tận dụng được tính chịu nén rất tốt của bêtông và tính chịu kéo của cốt thép nhờ sự làm việc chung giữa chúng.
Tuy nhiên vật liệu bêtông 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 chon giải pháp kết cấu để xử lý là phức tạp. Do đó kết cấu bêtông cốt thép thường phù hợp với các công trình dưới 30 tầng. SVTH : TRẦN VĂN TÂN LỚP : 57XD2 - MSSV:2773.57 Trang 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA XDDD & CN TTTM & CHUNG CƯ KHÓA 2012-2017 TP VIỆT TRÌ 1.2 Các giải pháp về hệ kết cấu chịu lực cho công trình a) Hệ kết cấu khung chịu lực - Hệ khung thông thường bao gồm các dầm ngang, dọc nối với các cột thẳng đứng bằng các nút cứng. Khung có thể bao gồm cả tường trong và tường ngoài của nhà.
Kết cấu này có độ cứng tổng thể theo phương ngang kém nên khả năng chịu tải trọng ngang kém, tính liên tục của khung cứng phụ thuộc vào độ bền và độ cứng của các liên kết nút khi chịu uốn, các liên kết này không được phép có biến dạng góc. Khả năng chịu lực của khung phụ thuộc rất nhiều vào khả năng chịu lực của từng dầm và từng cột. - Việc thiết kế tính toán sơ đồ này chúng ta đã có nhiều kinh nghiệm, việc thi công cũng tương đối thuận tiện do đã thi công nhiều công trình, vật liệu và công nghệ dễ kiếm nên chắc chắn đảm bảo tính chính xác và chất lượng của công trình. - Hệ kết cấu này rất thích hợp với những công trình đòi hỏi sự linh hoạt trong công năng mặt bằng, nhất là những công trình như khách sạn.
Nhưng có nhược điểm là kết cấu dầm sàn thường tăng theo nhịp của dầm, sàn nên với những không gian lớn thì yêu cầu chiều cao cấu kiện dầm, sàn phải lớn nên chiều cao các tầng nhà thường phải lớn để dẩm bảo không gian sử dụng. - Sơ đồ thuần khung có nút cứng bêtông cốt thép thường áp dụng cho dưới 20 tầng với thiết kế kháng chấn cấp ≤ 7; 15 tầng với kháng chấn cấp 8; 10 tầng với kháng chấn cấp 9. b) Hệ kết cấu khung, lõi - Đây là kết cấu phát triển thêm từ kết cấu khung dưới dạng tổ hợp giữa kết cấu khung và lõi cứng. Lõi cứng làm bằng bêtông cốt thép.
Chúng có thể dạng lõi kín hoặc vách hở thường bố trí tại khu vực thang máy và thang bộ. Hệ thống khung bố trí ở các khu vực còn lại. Hai hệ thống khung và lõi được liên kết với nhau qua hệ thống sàn. Trong trường hợp này hệ sàn liền khối có ý nghĩa rất lớn.
Thường trong hệ thống kết cấu này hệ thống lõi vách đóng vai trò chủ yếu chịu tải trọng ngang, hệ khung chủ yếu chịu tải trọng đứng. Sự phân chia rõ chức năng này tạo điều kiện để tối ưu hoá các cấu kiện, giảm bớt kích thước cột dầm, đáp ứng yêu SVTH : TRẦN VĂN TÂN LỚP : 57XD2 - MSSV:2773.57 Trang 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA XDDD & CN TTTM & CHUNG CƯ KHÓA 2012-2017 TP VIỆT TRÌ cầu kiến trúc. Trong thực tế hệ kết cấu khung-lõi tỏ ra là hệ kết cấu tối ưu cho nhiều loại công trình cao tầng. Loại kết cấu này sử dụng hiệu quả cho các ngôi nhà đến 40 tầng.
- Tải trọng ngang của công trình do cả hệ khung và lõi cùng chịu, thông thường do hình dạng và cấu tạo nên lõi có độ cứng lớn nên cũng trở thành nhân tố chiụ lực ngang lớn trong công trình nhà cao tầng. Do vậy khả năng thiết kế, thi công là chắc chắn đảm bảo. c) Hệ kết cấu khung, vách, lõi kết hợp - Hệ kết cấu này là sự phát triển của hệ kết cấu khung - lõi, khi lúc này tường của công trình ở dạng vách cứng. - Hệ kết cấu này là sự kết hợp những ưu điểm và cả nhược điểm của phương ngang và thẳng đứng của công trình.
Nhất là độ cứng chống uốn và chống xoắn của cả công trình với tải trọng gió. Rất thích hợp với những công trình cao trên 40m. Tuy nhiên hệ kết cấu này đòi hỏi thi công phức tạp hơn, tốn nhiều vật liệu, mặt bằng bố trí không linh hoạt.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU TỔNG THỂ Trên cơ sở đề xuất các phương án về vật liệu và hệ kết cấu chịu lực chính như trên, với quy mô của công trình gồm 9 tầng thân, tổng chiều cao công trình là 38.4 m, phương án vật liệu và kết cấu tổng thể của công trình được em lựa chon như sau: a) Vât liệu - Công trình có chiều cao không quá lớn, không phải tính đến tác động của tải trọng động đất, thành phần động của tải trọng gió nên chỉ cần sử dụng vật liệu bê tông. Trên thực tế các công trình xây dựng của nước ta hiện nay vẫn sử dụng bêtông cốt thép là loại vật liệu chính.
Chúng ta đã có nhiều kinh nghiệm thiết kế và thi công với loại vật liệu này, đảm bảo chất lượng công trình, kinh tế cũng như các yêu cầu kiến trúc, mỹ thuật khác. Em dự kiến chon vật liệu bêtông cốt thép sử dụng cho toàn bộ công trình. - Yêu cầu về vật liệu sử dụng cho nhà cao tầng: + Thép AI, AII, AIII. + Bêtông B>20 cho cột, dầm, vách.
SVTH : TRẦN VĂN TÂN LỚP : 57XD2 - MSSV:2773.57 Trang 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA XDDD & CN TTTM & CHUNG CƯ KHÓA 2012-2017 TP VIỆT TRÌ + Bêtông B>15 cho giằng, móng và các cấu kiện khác. - Căn cứ vào yêu cầu trên ta chọn vật liệu như sau: Bê tông đổ cột dầm sàn: + Bêtông B25 có: Rb= 14,5 (MPa) Rbt = 1,05 (MPa) + Cốt thép dọc nhóm AIII có: Rs= 365 (MPa) + Cốt thép dọc nhóm AII có: Rs= 280 (MPa) + Cốt thép đai nhóm AI có: Rsw = 175 (MPa) + Tra ra hệ số ξR và ζR theo bảng ta có: Với thép AII : ξR = 0.432 Với thép AIII : ξR = 0.405 b) Về hệ kết cấu chịu lực - Căn cứ vào yêu cầu về kiến trúc cũng như đặc điểm của các giải pháp kết cấu trên ta sử dụng hệ kết cấu khung lõi chịu lực với sơ đồ khung giằng. Trong đó, hệ thống lõi và vách cứng được bố trí đối xứng ở khu vực giữa nhà theo cả hai phương, chịu phần lớn tải trọng ngang tác dụng vào công trình và phần tải trọng đứng tương ứng với diện chịu tải của vách. Hệ thống khung bao gồm các cột, dầm bố trí đều đặn trên mặt bằng công trình và hệ thống dầm sàn, chịu tải trọng đứng là chủ yếu và một phần tải trọng ngang làm tăng độ ổn định cho hệ kết cấu.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU SÀN 1.1 Phân tích các kết cấu sàn a) Phương án sàn sườn toàn khối Cấu tạo hệ kết cấu sàn bao gồm hệ dầm chính phụ và bản sàn.
- Ưu điểm: Lý thuyết tính toán và kinh nghiệm tính toán khá hoàn thiện, thi công đơn giản, được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi công phong phú SVTH : TRẦN VĂN TÂN LỚP : 57XD2 - MSSV:2773.57 Trang 18 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA XDDD & CN TTTM & CHUNG CƯ KHÓA 2012-2017 TP VIỆT TRÌ nên thuận tiện cho việc lựa chọn phương tiện thi công. Chất lượng đảm bảo do đã có nhiều kinh nghiệm thiết kế và thi công trước đây. - Nhược điểm: Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn lớn khi vượt khẩu độ lớn nên yêu cầu tăng chiều dày sàn hoặc bố trí hệ dầm phụ bố trí nhỏ lẻ với những công trình không có hệ thống cột giữa, khiến cho khối lượng tập trung ở các mức sàn lớn, chiều cao thông thuỷ mỗi tầng thấp hoặc phải nâng cao chiều cao tầng không có lợi cho kết cấu khi chịu tải trọng ngang, đặc biệt là tải trọng động đất và gió động. Không gian kiến trúc bố trí nhỏ lẻ, không phù hợp cho những công trình đòi hỏi không gian rộng rãi.
b) Phương án sàn ô cờ bê tông cốt thép - Cấu tạo hệ kết cấu sàn bao gồm hệ dầm vuông góc với nhau theo hai phương, chia bản sàn thành các ô bản kê bốn cạnh có nhịp bé, theo yêu cầu cấu tạo khoảng cách giữa các dầm vào khoảng 3m. Các dầm chính có thể làm ở dạng dầm bẹt để tiết kiệm không gian sử dụng trong phòng.
