CHƯƠNG 1: GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG TRÌNH Các giải pháp kết cấu chịu lực 1. Phân tích đánh giá ưu điểm, nhược điểm và phạm vi áp dụng của các giải pháp kết cấu chịu lực theo phương thẳng đứng. Trong công trình này thì các cấu kiện thẳng đứng chịu lực của nhà là các cột và vách. Tải trọng truyền đến các tấm tường qua các bản sàn được xem là tương đối cứng trong mặt phẳng sàn.
Trong mặt phẳng của chúng các vách cứng làm việc như một công xôn có chiều cao tiết diện lớn. Với hệ kết cấu này thì khoảng không bên trong công trình còn phải phân chia thích hợp đảm bảo yêu cầu về kết cấu. Ưu điểm: kết cấu đơn giản, ít dầm, độ cứng ngang nhà lớn, cách âm tốt, chiếu sáng và thông gió tốt. Nhược điểm: bố trí không gian các phòng bị đơn điệu, không linh hoạt, các phòng thường được bố trí bằng nhau.
Tường ngang chịu lực dày và tốn nhiều vật liệu xây dựng làm tường và móng, tải trọng của nhà lớn. → Hệ kết cấu này có thể cấu tạo cho nhà khá cao tầng, tuy nhiên theo điều kiện kinh tế và yêu cầu kiến trúc của công trình ta thấy phương án này không thỏa mãn. Hệ khung chịu lực Hệ được tạo bởi các cột và các dầm liên kết cứng tại các nút tạo thành hệ khung không gian của nhà. Đây là hệ kết cấu được sử dụng phổ điến trong lĩnh vực xây dựng dân dụng của Việt Nam.
Ưu điểm: Hệ kết cấu này tạo ra được không gian kiến trúc lớn và khá linh hoạt, thích hợp với các công trình nhà ở có sơ đồ làm việc rõ ràng. Nhược điểm: tỏ ra kém hiệu quả khi tải trọng ngang công trình lớn vì kết cấu khung có độ cứng chống cắt và chống xoắn không cao. Nếu muốn sử dụng hệ kết cấu này cho công trình thì tiết diện cấu kiện sẽ khá lớn, làm ảnh hưởng đến tải trọng bản thân công trình và chiều cao thông tầng của công trình. → Do đó khung chịu lực chỉ nên sử dụng cho các công trình có độ cao hơn 40m thì mới đem lại hiệu quả kinh tế và thầm mỹ.
TRANG :9 Hệ lõi chịu lực Lõi chịu lực có dạng vo hộp rỗng, tiết diện kín hoặc hở có tác dụng nhận toàn bộ tải trọng tác động lên công trình và truyền xuống đất. Trong nhà cao tầng lõi cứng được bố trí kết hợp với thang máy. Ưu điểm: Hệ lõi chịu lực có khả năng chịu lực ngang khá tốt và tận dụng được giải pháp vách cầu thang là vách bê tông cốt thép. Nhược điểm: Tuy nhiên để hệ kết cấu thực sự tận dụng hết tính ưu việt thì hệ sàn của công trình phải rất dày và phải có biện pháp thi công đảm bảo chất lượng vị trí giao nhau giữa sàn và vách.
Hệ kết cấu hỗn hợp. Hệ khung – vách (giằng) Hệ kết cấu khung giằng (khung và vách cứng) được tạo ra bằng sự kết hợp giữa khung và vách cứng. Hệ thống vách cứng thường được tạo ra tại khu vực cầu thang bộ, cầu thang máy, khu vệ sinh chung hoặc các tường biên lac các khu vực có tường liên tục nhiều tầng. Hệ thống khung được bố trí tại các khu vực còn lại của ngôi nhà.
Hai hệ thống khung và vách được liên kết qua hệ kết cấu sàn. Hệ thông vách cứng đóng vai trong chủ yếu chịu tải trọng ngang, hệ khung chủ yếu thiết kế để chị tải trọng thẳng đứng. Ưu điểm: Sự phân rõ ràng chức năng này tạo điều kiện để tối ưu hóa các cấu kiện, giảm bớt kích thước cột và dầm, đáp ứng được các yêu cầu kiến trúc. Nhược điểm: Độ cứng theo phương ngang của các vách cứng tỏ ra hiệu quả ở những độ cao nhất định, khi công trình lớn thì bản thân vách cứng cũng phải có kích thước đủ lớn mà điều đó khó có thể thực hiện được.
Ngoài ra hệ thống vách cũng cản trở để tạo ra các không gian rộng. Là kết cấu phát triển thêm từ kết cấu khung dưới dạng tổ hợp giữa kết cấu khung và lõi cứng. Lõi cứng được làm bằng bê tông 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. Ưu điểm: 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 hóa các cấu kiện, giảm bớt kích thước cột dầm, TRANG:10 đáp ứng yêu cầu kiến trúc. Tải trọng ngang của công trình do cả hệ khung lõi cùng chịu, thông thường do hình dạng và cấu tạo nên lõi có độ cứng lớn nên cũng trở thành nhân tố chịu lực ngang lớn trong công trình nhà cao tầng. Lựa chọn giải pháp kết cấu tối ưu cho công trình. Qua phân tích một cách sơ bộ như trên ta nhận thấy mỗi hệ kết cấu cơ bản của nhà cao tầng đều có ưu nhược điểm riêng.
Đối với công trình Chung cư An Dương Vương này yêu cầu không gian linh hoạt, rộng rãi nên giải pháp dùng hệ lựa chọn giải pháp kết cấu theo sơ đồ khung – lõi là hợp lý nhất. Việc sử dụng kết cấu lõi cùng chịu tải trọng đứng và ngang với khung sẽ làm tăng hiệu quả chịu lực của toàn bộ kết cấu, đồng thời sẽ được giảm được tiết diện cột ở tầng dưới của khung. Lựa chọn giải pháp kết cấu sàn. Phân tích đánh giá ưu điểm, nhược điểm và phạm vi áp dụng của các giải pháp kết cấu chịu lực theo phương thẳng ngang Các loại kết cấu sàn đang được sử dụng rông rãi hiện nay gồm: Với sàn sườn: Ưu điểm: Độ cứng ngang công trình lớn nên khối lượng bê tông khá nhỏ→ khối lượng dao đông giảm → nội lực giảm → tiết kiệm được bê tông và thép cũng do độ cứng công trình khá lớn nên chuyển vị ngang sẽ giảm tạo tâm lí thoải mái cho người sử dụng.
Nhược điểm: Là chiều cao tầng lớn và thi công phức tạp hơn phương án sàn nấm tuy nhiên đây cũng là phương án khá phổ biến do phù hợp với điều kiện kĩ thuật thi công hiện nay của các công ty xây dựng. Với sàn phẳng không dầm : 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.
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. Nhược điểm: Trong phương án này các cột không được liên kết với nhau để tạo thành khung do đó độ cứng nhỏ hơn 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 và vách chịu. Sàn phải có chiều dày lớn để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủng do đó khối lượng sàn tăng.
Với sàn phẳng ứng lực trước: TRANG :11 Ưu điểm: Giảm chiều dày, độ võng sàn. Giảm được chiều cao công trình. Tiết kiệm được không gian sử dụng. Phân chia không gian các khu chức năng dễ dàng.
Nhược điểm: Tính toán phức tạp. Thi công đòi hỏi thiết bị chuyên dụng, yêu công nhân công có trình độ chuyên môn. Với sàn ô cờ: Tuy khối lượng công trình là nhỏ nhưng do thi công rất phúc tạp trong các công việc thi công chính như lắp ván khuôn, đặt cốt thép, đổ bê tông v.v… nên phương án này không khả thi. Lựa chọn giải pháp kết cấu tối ưu cho công trình.
Qua phân tích, so sánh các phương án nêu ra ta chọn phương án dùng sàn sườn. Dựa vào hồ sơ thiết kế công trình giải pháp kết cấu đã lựa chọn và tải trọng tác dụng lên công trình để thiết kế mặt bằng kết cấu cho các sàn. Mặt bằng kết cấu được thể hiện trên các bản vẽ kết cấu. Xác định sơ bộ kích thước tiết diện kết cấu công trình 1.
Vật liệu sử dụng. Theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2018 [1]. Bê tông với chất kết dính là xi măng cùng với các cốt liệu đá, cát vàng tạo nên một cấu trúc đặc chắc. Với cấu trúc này, bê tông có trọng lượng riêng 2500 daN/m3.
Cấp độ bền của bê tông theo cường độ chịu nén, tính theo đơn vị MPa, bê tông được dưỡng hộ cũng như được thí nghiệm theo quy định và tiêu chuẩn của nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam. Cấp độ bền của bê tông dùng trong tính tóan cho công trình là B30. - Bê tông sử dụng cho kết cấu dùng B30 với các chỉ tiêu như sau: Trọng lượng riêng: 25KN / m3 Cường độ tính toán: R b 17MPa Cường độ chịu kéo tính toán: R bt 1, 2MPa Mô đun đàn hổi: E b 32,5.103 MPa - Cốt thép gân 10 dùng cho kết cấu bên trên và cọc dùng loại CB400-V +Cường độ chịu nén tính toán: R s 350MPa +Cường độ chịu kéo tính toán: R s 350MPa +Cường độ tính cốt thép ngang: R sw 280MPa +Mô đun đàn hồi: E s 2.103 MPa - Cốt thép trơn 10 dùng loại CB240-T với các chỉ tiêu sau: TRANG:12 Cường độ chịu nén tính toán: R s 210MPa Cường độ chịu kéo tính toán: R sc 210MPa Cường độ tính cốt thép ngang: R sw 170MPa Mô đun đàn hồi: E s 2.103 MPa - Vữa xi măng – cát, gạch xây tường: 18KN / m3 - Gạch lát nền Ceramic: 20KN / m3 - Chiều dày lớp bê tông bảo vệ được lấy theo TCVN 5574-2018 Bảng 1.1 Bảng chiều dày lớp bê tông bảo vệ cho các cấu kiện STT Cấu kiện Lớp bê tông bảo vệ 1 Đài móng, dầm móng 40 mm 2 Vách cứng, dầm 25 mm 3 Sàn 20 mm 4 Cầu thang 20 mm 1. Xác định sơ bộ chiều dày sàn.
Quan niệm tính: xem sàn là tương đối cứng trong mặt phẳng nằm ngang. Sàn không bị rung động, không dịch chuyển khi chịu tải trọng ngang. Chuyển vị tại mọi điểm trên sàn là như nhau khi chịu tải trọng ngang.