CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 1.1 LỰA CHỌN VẬT LIỆU - Vật liệu xây dựng cần có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, khả năng chống cháy tốt. - Nhà cao tầng thường có tải trọng rất lớn. Nếu sử dụng các loại vật liệu trên tạo điều kiện giảm được đáng kể tải trọng cho công trình, kể cả tải trọng đứng cũng như tải trọng ngang do lực quán tính. - Vật liệu có tính biến dạng cao: khả năng biến dạng dẻo cao có thể bổ sung cho tính năng chịu lực thấp.
- Vật liệu có tính thoái biến thấp: có tác dụng tốt khi chịu tác dụng của tải trọng lặp lại (động đất, gió bão). - Vật liệu có tính liền khối cao: có tác dụng trong trường hợp tải trọng có tính chất lặp lại không bị tách rời các bộ phận công trình. - Vật liệu có giá thành hợp lý. - Trong điều kiện tại Việt Nam hay các nước thì vật liệu BTCT hoặc thép là các loại vật liệu đang được sử dụng phổ biến trong các kết cấu nhà cao tầng.
Bê tông - Sử dụng cho kết cấu bên trên và cọc dùng B20 với các chỉ tiêu như sau: - Khối lượng riêng : = 25kN/m3. - Cường độ tính toán : Rb = 14,5MPa. - Cường độ chịu kéo tính toán : Rbt = 1,05MPa. - Mô đun đàn hồi : Eb = 30 x 103MPa.
Cốt thép - Cốt thép gân ≥10 dùng cho kết cấu bên trên và cọc dùng loại AII với các chỉ tiêu: - Cường độ chịu nén tính toán : Rs = 280MPa. - Cường độ chịu kéo tính toán : Rsc= 280MPa. - Cường độ tính cốt thép ngang : Rsw = 225MPa. - Mô đun đàn hồi : Es = 2,1x105MPa.
- Cốt thép trơn <10 dùng loại AI với các chỉ tiêu: - Cường độ chịu nén tính toán : Rs = 225MPa. - Cường độ chịu kéo tính toán : Rsc = 225MPa. - Cường độ tính cốt thép ngang : Rsw = 175MPa. - Mô đun đàn hồi : Es = 2,1x105MPa.2 HÌNH DẠNG CÔNG TRÌNH 1.1 Theo phương ngang SVTH: Nguyễn Châu Trinh Trang 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG Chung cư cao cấp SSG - Nhà cao tầng cần có mặt bằng đơn giản, tốt nhất là lựa chọn các hình có tính chất đối xứng cao.
Trong các trường hợp ngược lại công trình cần được phân ra các phần khác nhau để mỗi phần đều có hình dạng đơn giản. - Các bộ phận kết cấu chịu lựu chính của nhà cao tầng như vách, lõi, khung cần phải được bố trí đối xứng. Trong trường hợp các kết cấu này không thể bố trí đối xứng thì cần phải có các biện pháp đặc biệt chống xoắn cho công trình theo phương đứng. - Hệ thống kết cấu cần được bố trí làm sao để trong mỗi trường hợp tải trọng sơ đồ làm việc của các bộ phận kết cấu rõ ràng mạch lạc và truyền tải một cách mau chóng nhất tới móng công trình.
- Tránh dùng các sơ đồ kết cấu có các cánh mỏng và kết cấu dạng công son theo phương ngang vì các loại kết cấu này rất dễ bị phá hoại dưới tác dụng của động đất và gió bão.2 Theo phương đứng - Độ cứng của kết cấu theo phương thẳng đứng cần phải được thiết kế đều hoặc thay đổi đều giảm dần lên phía trên. - Cần tránh sự thay đổi đột ngột độ cứng của hệ kết cấu (như làm việc thông tầng, giảm cột hoặc thiết kế dạng cột hẫng chân cũng như thiết kế dạng sàn giật cấp). - Trong các trường hợp đặc biệt nói trên người thiết kế cần phải có các biện pháp tích cực làm cứng thân hệ kết cấu để tránh sự phá hoại ở các vùng xung yếu.3 CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN LIÊN KẾT - Kết cấu nhà cao tầng cần phải có bậc siêu tĩnh cao để trong trường hợp bị hư hại do các tác động đặc biệt nó không bị biến thành các hệ biến hình. - Các bộ phận kết cấu được cấu tạo làm sao để khi bị phá hoại do các trường hợp tải trọng thì các kết cấu nằm ngang sàn, dầm bị phá hoại trước so với các kết cấu thẳng đứng: cột, vách cứng.4 TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG 1.1 Sơ đồ tính Trong giai đoạn hiện nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử, đã có những thay đổi quan trọng trong cách nhìn nhận phương pháp tính toán công trình.
Khuynh hướng đặc thù hoá và đơn giản hoá các trường hợp riêng lẻ được thay thế bằng khuynh hướng tổng quát hoá. Đồng thời khối lượng tính toán số học không còn là một trở ngại nữa. Các phương pháp mới có thể dùng các sơ đồ tính sát với thực tế hơn, có thể xét tới sự làm việc phức tạp của kết cấu với các mối quan hệ phụ thuộc khác nhau trong không gian. Việc tính toán kết cấu nhà cao tầng nên áp dụng những công nghệ mới để có thể sử dụng mô hình không gian nhằm tăng mức độ chính xác và phản ánh sự làm việc của công trình sát với thực tế hơn.2 Tải trọng - Kết cấu nhà cao tầng được tính toán với các loại tải trọng chính sau đây: SVTH: Nguyễn Châu Trinh Trang 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG Chung cư cao cấp SSG - Tải trọng thẳng đứng (thường xuyên và tạm thời tác dụng lên sàn).
- Tải trọng gió (gió tĩnh và nếu có cả gió động). - Tải trọng động của động đất (cho các công trình xây dựng trong vùng có động đất). - Ngoài ra, khi có yêu cầu kết cấu nhà cao tầng cũng cần phải được tính toán kiểm tra với các trường hợp tải trọng sau: - Do ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ. - Do ảnh hưởng của từ biến.
- Do sinh ra trong quá trình thi công. - Do áp lực của nước ngầm và đất. - Khả năng chịu lực của kết cấu cần được kiểm tra theo từng tổ hợp tải trọng, được quy định theo các tiêu chuẩn hiện hành. * TCVN 2737 - 1995 Tải trọng và tác động.
* TCVN 5574 - 2012 Kết cấu bê tông cốt thép. * TCVN 9632 – 2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình.3 Tính toán hệ kết cấu - Hệ kết cấu nhà cao tầng cần thiết được tính toán cả về tĩnh lực, ổn định và động lực. - Các bộ phận kết cấu được tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH 1). - Khác với nhà thấp tầng trong thiết kế nhà cao tầng thì việc kiểm tra ổn định tổng thể công trình đóng vai trò hết sức quan trọng (TTGH 2).
Các điều kiện cần kiểm tra gồm: - Kiểm tra ổn định tổng thể. - Kiểm tra độ cứng tổng thể. SVTH: Nguyễn Châu Trinh Trang 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG Chung cư cao cấp SSG CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU 2.1 HỆ KẾT CẤU SÀN - Trong công trình hệ sàn có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc không gian của kết cấu. Việc lựa chọn phương án sàn hợp lý là điều rất quan trọng.
- Do vậy, cần phải có sự phân tích đúng để lựa chọn ra phương án phù hợp với kết cấu của công trình. Ta xét các phương án sàn sau: 2.1 Hệ sàn sườn Cấu tạo: bao gồm hệ dầm và bản sàn. Ưu điểm: - Tính toán đơn giản. - Được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi công phong phú nên thuận tiện cho việc lựa chọn công nghệ thi công.
Nhược điểm: - Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn rất lớn khi vượt khẩu độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng của công trình lớn nên gây bất lợi cho kết cấu công trình khi chịu tải trọng ngang và không tiết kiệm chi phí vật liệu. - Không tiết kiệm không gian sử dụng.2 Hệ sàn ô cờ Cấu tạo: 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 phụ không quá 2m. Ưu điểm: Tránh được có quá nhiều cột bên trong nên tiết kiệm được không gian sử dụng và có kiến trúc đẹp, thích hợp với các công trình yêu cầu thẩm mỹ cao và không gian sử dụng lớn như hội trường, câu lạc bộ. Nhược điểm: Không tiết kiệm, thi công phức tạp.
Khi mặt bằng sàn quá rộng cần phải bố trí thêm các dầm chính. Vì vậy, nó cũng không tránh được những hạn chế do chiều cao dầm chính phải lớn để giảm độ võng.3 Sàn không dầm (không có mũ cột) SVTH: Nguyễn Châu Trinh Trang 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG Chung cư cao cấp SSG Cấu tạo: gồm các bản kê trực tiếp lên cột. Ưu điểm: - Chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm được chiều cao công trình. - Tiết kiệm được không gian sử dụng.
- Dễ phân chia không gian. - Dễ bố trí hệ thống kỹ thuật điện, nước. - Thích hợp với những công trình có khẩu độ vừa (6 8m). - Việc thi công phương án này nhanh hơn so với phương án sàn dầm bởi không phải mất công gia công cốp pha, cốt thép dầm, cốt thép được đặt tương đối định hình và đơn giản.
việc lắp dựng ván khuôn và cốp pha cũng đơn giản. - Do chiều cao tầng giảm nên thiết bị vận chuyển đứng cũng không cần yêu cầu cao, công vận chuyển đứng giảm nên giảm giá thành. - Tải trọng ngang tác dụng vào công trình giảm do công trình có chiều cao giảm so với phương án sàn dầm. Nhược điểm: - Trong phương án này các cột không được liên kết với nhau để tạo thành khung do đó độ cứng nhỏ hơn nhiều so với phương án sàn dầm, do vậy khả năng chịu lực theo phương ngang phương án này kém hơn phương án sàn dầm, chính vì vậy tải trọng ngang hầu hết do vách chịu và tải trọng đứng do cột chịu.
- Sàn phải có chiều dày lớn để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủng do đó dẫn đến tăng khối lượng sàn.4 Sàn không dầm ứng lực trước Ưu điểm: Ngoài các đặc điểm chung của phương án sàn không dầm thì phương án sàn không dầm ứng lực trước sẽ khắc phục được một số nhược điểm của phương án sàn không dầm: Giảm chiều dày sàn khiến giảm được khối lượng sàn dẫn tới giảm tải trọng ngang tác dụng vào công trình, cũng như giảm tải trọng đứng truyền xuống móng. Tăng độ cứng của sàn lên, làm thoả mãn về yêu cầu sử dụng bình thường. Sơ đồ chịu lực trở nên tối ưu hơn do cốt thép ứng lực trước được đặt phù hợp với biểu đồ mô men do tải trọng gây ra, làm tiết kiệm được cốt thép.