CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG 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 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 bảo). Vật liệu có tính liền khối cao: có tác dụng trong trường hợp tải trọng có tính chất lập 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 các nhà thiết kế sử dụng phổ biến trong các kết cấu nhà cao tầng. HÌNH DẠNG CÔNG TRÌNH 1. Theo phương ngang 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 lực chính của tòa 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 console theo phương ngang vì các loại kết cấu này rất dễ bị phá hoại dưới tác dụng của động đất và gió bão. NGUYỄN VĂN KHOA TRANG 8 SVTH: ĐẶNG ĐÌNH ĐAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ XÂY DỰNG ĐỀ TÀI:TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI AN BÌNH 1. 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. 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 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 như sàn, dầm bị phá hoại trước so với kết cấu thẳng đứng như cột, vách cứng. TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG 1.
Sơ đồ tính Trong giai đoạn hiện nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy tính, đã có những thay đổi quan trọng trong cách nhìn nhận phương pháp tính toán công trình. Khuynh hướng đặc thù hóa và đơn giản hóa các trường hợp riêng lẻ được thay thế bằng khuynh hướng tổng quát hóa. Đồng thời số 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. Tải trọng Kết cấu nhà cao tầng được tính toán với các loại tải trọng chính sau đây: + 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 GVHD: Ths. NGUYỄN VĂN KHOA TRANG 9 SVTH: ĐẶNG ĐÌNH ĐAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ XÂY DỰNG ĐỀ TÀI:TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI AN BÌNH + 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. 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 (TTGH1) 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 (TTGH2). Các điều kiện cần kiểm tra gồm: + Kiểm tra ổn định tổng thể. + Kiểm tra độ cứng tổng thể. NGUYỄN VĂN KHOA TRANG 10 SVTH: ĐẶNG ĐÌNH ĐAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ XÂY DỰNG ĐỀ TÀI:TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI AN BÌNH CHƯƠNG 2.
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 2. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU 2. Hệ kết cấu chịu lực chính Căn cứ vào sơ đồ làm việc thì kết cấu nhà cao tầng có thể phân loại như sau: Các hệ kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng và kết cấu ống. Các hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung-giằng, kết cấu khung-vách, kết cấu ống lõi và kết cấu ống tổ hợp.
Các hệ kết cấu đặc biệt: Hệ kết cấu có tầng cứng, hệ kết cấu có dầm truyền, kết cấu có hệ giằng liên tầng và kết cấu có khung ghép. Mỗi loại kết cấu trên đều có những ưu nhược điểm riêng tùy thuộc vào nhu cầu và khả năng thi công thực tế của từng công trình. Đối với công trình Chung Cư Nguyễn Chí Thanh tại 38-Đường Nguyễn Chí Thanh- Quận Hải Châu-Thành Phố Đà Nẵng giải pháp kết cấu chịu lực chính được chọn lựa là hệ kết cấu khung. 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 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. 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.
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 không quá 2m. NGUYỄN VĂN KHOA TRANG 11 SVTH: ĐẶNG ĐÌNH ĐAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ XÂY DỰNG ĐỀ TÀI:TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI AN BÌNH 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. Sàn không dầm (không có mũ cột) 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. 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 1.1 Sàn không dầm ứng lực trước Ưu điểm: GVHD: Ths. NGUYỄN VĂN KHOA TRANG 12 SVTH: ĐẶNG ĐÌNH ĐAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ XÂY DỰNG ĐỀ TÀI:TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI AN BÌNH 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, khiến cho 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 mômen do tính tải gây ra, nên tiết kiệm được cốt thép.