I. Khái niệm về Đồ án Bê tông Cốt Thép 2 Khung Toàn Khối
Đồ án bê tông cốt thép 2 khung toàn khối là một công trình thiết kế kết cấu chịu lực chủ yếu của các tòa nhà cao tầng. Kết cấu này được tạo thành từ hệ thống khung phẳng bê tông cốt thép nối với nhau bằng các nút cứng, tạo độ cứng lớn và khả năng chịu tải trọng động tốt. Phương pháp thiết kế này áp dụng các tiêu chuẩn TCVN hiện hành để đảm bảo an toàn và độ bền cho công trình. Sàn được đổ toàn khối với hệ khung, nhằm tăng cường độ cứng ngang của toàn bộ kết cấu. Phương án này được ưa chuộng trong các công trình nhà ở tập thể, tòa nhà văn phòng và các công trình dân dụng có yêu cầu cao về độ ổn định.
1.1. Định nghĩa và Đặc điểm của Khung Toàn Khối
Khung toàn khối là hệ thống thanh bê tông cốt thép được đổ liên tục, tạo thành một khối thống nhất. Ưu điểm chính bao gồm: độ cứng ngang lớn, chịu tải trọng động tốt, nút cứng tương đối đơn giản. Tuy nhiên, nhược điểm là thi công phức tạp, khó cơ giới hóa, chịu ảnh hưởng thời tiết và thi công chậm so với phương pháp lắp ghép.
1.2. So sánh Khung Toàn Khối và Khung Lắp Ghép
Khung lắp ghép có ưu điểm về thi công nhanh và kiểm tra chất lượng dễ dàng, nhưng độ cứng kết cấu không lớn và mối nối phức tạp. Khung toàn khối thích hợp cho các công trình yêu cầu độ cứng cao, trong khi khung lắp ghép phù hợp với các dự án cần thi công nhanh và có điều kiện cơ giới hóa tốt.
II. Quy Trình Thiết Kế và Tính Toán Khung
Quy trình thiết kế đồ án bê tông cốt thép 2 khung bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần lựa chọn giải pháp kết cấu phù hợp với điều kiện công trình. Tiếp theo, xác định sơ bộ tiết diện cho các cấu kiện chính như dầm, cột và sàn. Bước tiếp theo là lập sơ đồ tính khung ngang để phân tích nội lực. Sau đó, tính toán tải trọng bao gồm tĩnh tải, hoạt tải và tải trọng gió. Cuối cùng, xác định nội lực, tổ hợp nội lực và tiến hành tính toán bố trí thép cho các thanh khung theo tiêu chuẩn TCVN.
2.1. Lựa Chọn Vật Liệu Xây Dựng
Công trình thường sử dụng bê tông cấp độ B20 (M250) với cường độ chịu nén tính toán Rb = 11,5 MPa. Phần cốt thép sử dụng các nhóm khác nhau: nhóm AI cho đường kính ≤ 10mm với RS = 225 MPa, nhóm AII cho ≥ 12mm với RS = 280 MPa, và nhóm AIII cho 10-40mm với RS = 365 MPa. Việc lựa chọn vật liệu phải tuân theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.
2.2. Xác Định Sơ Bộ Tiết Diện Cấu Kiện
Chiều dày sàn được chọn dựa trên ô sàn có kích thước lớn nhất. Tiết diện dầm phụ thuộc vào nhịp dầm và tải trọng, ví dụ dầm nhịp 2,9m có chiều cao 300mm, dầm nhịp 5m có chiều cao 600mm. Tiết diện cột được tính dựa trên diện tích truyền tải và hệ số ảnh hưởng mômen, đảm bảo đủ khả năng chịu lực.
III. Tính Toán Tải Trọng và Nội Lực
Tính toán tải trọng là bước quan trọng trong thiết kế khung bê tông cốt thép. Tải trọng được chia thành tĩnh tải (trọng lượng chính của cấu kiện, vật liệu lớp phủ) và hoạt tải (tải trọng sử dụng, người, đồ vật). Để xác định nội lực khung, cần lập sơ đồ tính toán khung ngang với các liên kết cụ thể. Tải trọng gió được tính toán theo hướng ngang, đặc biệt quan trọng đối với công trình cao tầng. Các tải trọng này được tổ hợp theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 để xác định các tổ hợp tải trọng tới hạn nhất, từ đó tính toán mô men uốn, lực cắt và lực dọc trong từng cấu kiện.
3.1. Cơ Sở Xác Định Tải Trọng
Tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 quy định chi tiết về tải trọng và tác động. Tĩnh tải được tính dựa trên khối lượng vật liệu, trong khi hoạt tải được quy định theo loại công trình (nhà ở tập thể: 2,0 kN/m²). Tải trọng gió phụ thuộc vào địa phương, được xác định theo bản đồ khí hậu. Tất cả các tải trọng này được tính toán trên một sàn rồi truyền vào khung chính.
3.2. Tổ Hợp Nội Lực theo Tiêu Chuẩn
Tổ hợp tải trọng được xác định theo TCVN 5574-2012 để tìm ra trường hợp tối bất lợi. Mô men uốn, lực cắt được tính từ sơ đồ tính khung bằng các phương pháp cân bằng. Cần xét nhiều tổ hợp nội lực khác nhau để đảm bảo thiết kế an toàn và kinh tế cho toàn bộ kết cấu khung phẳng.
IV. Tính Toán và Bố Trí Cốt Thép
Tính toán cốt thép là giai đoạn cuối cùng nhưng vô cùng quan trọng trong thiết kế đồ án khung bê tông cốt thép. Dựa trên nội lực đã xác định (mô men uốn, lực cắt, lực dọc), cần tính toán diện tích thép dầm theo công thức thiết kế. Bố trí thép cột phải đảm bảo khả năng chịu nén lệch tâm với độ bền cao. Cần kiểm tra điều kiện sử dụng như độ võng dầm, độ mở rộng nứt. Cấu tạo nút khung phải được thiết kế cẩn thận để đảm bảo vùng bê tông chịu nén không bị ép vỡ và cốt thép neo vào nút không bị tuột. Bảng vẽ chi tiết phải thể hiện rõ ràng vị trí, đường kính và số lượng cốt thép.
4.1. Tính Toán Thép Dầm
Thép dầm được tính dựa trên mô men uốn cực đại tại các vị trí nguy hiểm. Công thức thiết kế xác định diện tích thép kéo As cần thiết. Phải tính toán thép nén A's nếu cần, đảm bảo chiều dày lớp bảo vệ và khoảng cách giữa các thanh thép. Thép cắt ngang (cốt ngang) được tính dựa trên lực cắt và cường độ cốt ngang RSW.
4.2. Tính Toán Thép Cột và Cấu Tạo Nút
Thép cột được tính để chịu lực nén lệch tâm kết hợp giữa lực dọc và mô men uốn. Cốt ngang cột phải đủ dù để giữ cốt dọc, cách không quá 15-20cm. Cấu tạo nút cứng (liên kết cột-dầm) là vùng chịu lực cao nhất, cần bố trí thép neo đủ để neo cốt thép từ dầm vào cột, đảm bảo độ cứng và an toàn.
