CHƯƠNG 1: GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH 1. GIỚI THIỆU CHUNG Về mặt kết cấu, một công trình được định nghĩa là cao tầng khi độ bền vững và chuyển vị của nó do tải trọng ngang quyết định. Tải trọng ngang có thể dưới tải trọng gió bão hoặc động đất. Mặc dù chưa có một thống nhất chung nào về định nghĩa nhà cao tầng nhưng mà có một danh giới được đa số các kỹ sư kết cấu chấp nhận, có sự chuyển tiếp từ “phân tích tĩnh học sang phân tích động học”.
Các công trình cao tầng sẽ ngày càng cao hơn, nhẹ hơn và mảnh hơn so với nhà cao tầng trong quá khứ. Các nghiên cứu trên thế giới khẳng định xu hướng này trong tương lai trên cơ sở kết quả so sánh cho thấy các công trình có độ mảnh cao đồng thời sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn. GIỚI THIỆU HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC BÊ TÔNG CỐT THÉP - Các hệ kết cấu thường được sử dụng là: - Kết cấu khung: có không gian lớn, bố trí mặt bằng linh hoạt, có thể đáp ứng khá đầy đủ yêu cầu sử dụng công trình nhưng độ cứng ngang của kết cấu khung nhỏ nên khả năng lực biến dạng chống lại tác động của tải trọng ngang tương đối kém. - Kết cấu vách cứng: độ cứng ngang tương đối lớn, khả năng chịu tải trọng ngang lớn.
Tuy nhiên do khoảng cách của vách nhỏ, không gian của mặt bằng công trình nhỏ nên việc sử dụng bị hạn chế - Kết cấu khung không gian lớn tầng dưới đỡ vách cứng: Chân tường dọc, ngang của kết cấu vách cứng không làm tới đáy ở tầng 1 hoặc một số tầng phần cuối. Dùng khung đỡ vách cứng ở trên hình thành kết cấu khung đỡ vách cứng. Loại kết cấu này có thể đáp ứng yêu cầu không gian tương đối lớn ở tầng dưới như cửa hàng, nhà ăn, lại có khả năng chống tải trọng hướng ngang tương đối lớn - Kết cấu khung- vách cứng: là hệ kết cấu kết hợp khung và vách cứng, công trình vừa có không gian sử dụng mặt bằng tương đối lớn, vừa có tính năng chống lực bên tốt. Vách cứng ở trong loại kết cấu này có thể bố trí đứng riêng cũng có thể lợi dụng tường gian thang máy, tường gian cầu thang, được sử dụng rộng rãi trong các loại công trình.
Khung có thể là kết cấu BTCT, cũng có thể là kết cấu thép - Kết cấu dạng ống: là vách cứng tạo thành ống không gian vỏ mỏng, tạo thành dầm hộp ngàm đứng, hoặc do hệ dầm có độ cứng lớn và nhiều cột tạo thành ống khung; là một kết cấu mà cấu kiện chống lực bên chủ yếu là một hoặc một số ống. Do tác động toàn khối không gian, kết cấu dạng ống có độ cứng ngang tương đối lớn, có khả năng chịu tải ngang tốt nên thường dùng trong công trình siêu cao tầng. * Kết luận : Căn cứ vào đề tài thực tế, em quyết định lựa chọn phương án thiết kế hệ kết cấu: Dùng hệ khung BTCT kết hợp các vách lõi chịu lực + sàn BTCT. SVTH: NGUYỄN MINH ĐĂNG - LỚP: 2016X3 8 TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOA XÂY DỰNG KHOÁ 2016-2021 1.
GIỚI THIỆU CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH Việc xác định chính xác tải trọng thiết kế là hết sức quan trọng để đảm bảo sự dung hoà giữa hai yếu tố: độ bền vững cho kết cấu và tính kinh tế của toàn bộ công trình. 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). - Tải trọng gió (gió tĩnh và gió động). - Tải trọng động đất (cho các công trình xây dựng trong vùng có động đất ).
Ngoài ra, 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 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. HÌNH DẠNG CÔNG TRÌNH VÀ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH 1. Sơ đồ mặt bằng, sơ đồ kết cấu - 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 nhà cao tầng như vách, lõi, khung cần phải được bố trí đối xứng. Trong trường hợp các kết cấu không thể bố trí đối xứng do vị trí và hình dạng công trình 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 congson theo phương ngang vì các loại kết cấu này rất dễ bị phá hoại dưới tác dụng của động đất và gió bão.
Theo phương thẳng 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. SVTH: NGUYỄN MINH ĐĂNG - LỚP: 2016X3 9 TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOA XÂY DỰNG KHOÁ 2016-2021 - 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 bị 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. Tính toán kết cấu - Hệ kết cấu nhà cao tầng cần thiết được tính toán cả về tĩnh lực và động lực. - Các bộ phận kết cấu được tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất và trạng thái giới hạn thứ hai. - 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.
LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHO KẾT CẤU CÔNG TRÌNH - Nhà cao tầng thường có tải trọng rất lớn, nên vật liệu xây dựng cần có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, khả năng chống cháy tốt để 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 rất 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 Việt Nam hay các nước hiện nay 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. SVTH: NGUYỄN MINH ĐĂNG - LỚP: 2016X3 10 TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOA XÂY DỰNG KHOÁ 2016-2021 1. LỰA CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CẤU KIỆN THIẾT KẾ SƠ BỘ Lựa chọn kích thước tiết diện sơ bộ Sử dụng các công thức chọn kích thước sơ bộ + Chiều dày sàn : hs = D.
Chọn tiết diện sàn D Chiều dày bản xác định sơ bộ theo công thức: h = .l b m Trong đó: l = l1: là cạnh ngắn của ô bản,ô bản lớn nhất có kích thước 5,3x4,25m l1 = 4,25m nên để tiện cho việc tính toán và thi công chọn l=4,25m D = 0,8 1,4 phụ thuộc vào tải trọng, chọn D =0,9. m =4045 với bản kê bốn cạnh ( = 𝐿1 5,3 = 1,25 < 2) 𝐵 4,25 1 1 h =( ) 42500,9 = (85 95,625)cm b 45 40 Chọn hb = 10cm cho sàn của các tầng 1. Chọn tiết diện dầm 1. Dầm chính qua các đầu cột Dầm bố trí tại khung nhịp A-B, L = 8.5m: Chiều cao dầm: 1 h 1 1 1 .L d 9 12 9 12 Ta chọn chiều cao dầm hd = 700mm.
Bề rộng dầm: 1 1 1 1 b .650 (325 163)mm SVTH: NGUYỄN MINH ĐĂNG - LỚP: 2016X3 11 TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOA XÂY DỰNG KHOÁ 2016-2021 d d 2 4 2 4 SVTH: NGUYỄN MINH ĐĂNG - LỚP: 2016X3 12 TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOA XÂY DỰNG KHOÁ 2016-2021 Ta chọn bề rộng dầm bd = 350mm. Dầm bố trí tại khung nhịp B-C, L = 9.5m: Chiều cao dầm: 1 1 1 1 h .9500 (1055 791)mm 9 12 d 9 12 Ta chọn chiều cao dầm hd = 700mm. Bề rộng dầm: 1 1 1 1 b .700 (350 175)mm d d 2 4 2 4 Ta chọn bề rộng dầm bd = 350mm. Dầm bố trí dọc nhầ lấy theo nhịp 1-2, L = 8.5m: Chiều cao dầm: 1 h 1 1 1 .L d 9 12 9 12 Ta chọn chiều cao dầm hd = 700mm.
Bề rộng dầm: 1 1 1 1 b .700 (350 175)mm d d 2 4 2 4 Ta chọn bề rộng dầm bd = 300mm. Dầm phụ: Dầm phụ có các nhịp L = 8.5m Lấy tiết diện dầm có nhịp lớn nhất L = 9.5m bố trí cho tất cả các vị trí dầm phụ.