CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU BÊN TRÊN. HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC CHÍNH NHÀ CAO TẦNG.
Kết cấu chịu lực nhà cao tầng có thể phân loại như sau : Hệ kết cấu cơ bản ( hệ kết cấu thuần ) : gồm hệ thuần khung, hệ kết cấu lõi cứng, hệ ống … Trong đó, hệ thuần khung là hệ kết cấu phổ biên nhất trong kết cấu bê tông cốt thép. Hệ gồm cấu kiện thẳng đứng ( cột ) và cấu kiện ngang ( dầm khung ) liên kết với nhau thành các khung chịu lực. Khung chịu toàn bộ tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang tác động vào công trình. Tường đóng vai trò kết cấu bao che.
Hệ thuần khung nếu tính toán và sử dụng vật liện hợp lý thì có thể đạt đến 15 tầng. Hệ kết cấu hỗn hợp : là hệ chịu lực kết hợp từ 2 hệ cơ bản trở lên, mang nhiều điểm ưu việt của các kết cấu cơ bản, khả năng chịu lực khá lớn : hệ khung giằng, hệ khung – vách, hệ khung – lõi… Trong đó hệ kết cấu khung - vách và khung – lõi là 2 dạng hệ kết cấu được sử dụng phổ biến hiện nay cho nhà cao tầng. Trong hệ kết cấu có vách và lõi, vách và lõi có chức năng chịu tải trọng ngang là chủ yếu. Hệ kết cấu vách và lõi tỏ ra thích hợp cho các công trình có yêu cầu thiết kế sàn phẳng vì vách và lõi kết hợp với sàn tạo thành những hộp có độ cứng không gian lớn, có thể chịu tải trong ngang cực kỳ tốt.
Công trình Block B1 khu phức hợp Charm plaza là công trình chung cư cao cấp, có hệ kết cấu chịu lực là khung kết hợp lõi cứng. Lõi cứng ( hệ tổ hợp nhiều vách cứng theo nhiều phương ), được bố trí đối xứng làm tăng khả năng chịu tải trọng ngang và khả năng chống xoắn cho nhà, đồng thời là kết cấu chịu lực cho thang máy. Lợi dụng độ cứng lớn của lõi và vị trí lõi ở giữa công trình, ta đặt hệ cầu thang bộ nằm trong lõi. HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC THẲNG ĐỨNG ( CỘT, VÁCH, LÕI ).
Đây là những bộ phận kết cấu chịu lực quan trọng nhất của công trình, có ảnh hưởng lớn đến việc lực chọn các giải pháp kết cấu cho toàn bộ công trình. Vai trỏ của hệ kết cấu thẳng đứng : - Là gối tựa nâng đỡ và tiếp nhận tải trọng từ hệ kết cấu ngang ( dầm, sàn ) và cùng với dầm, sàn tạo thành những khung cứng, tạo không gian sử dụng bên trong công trình. - Là bộ phận trực tiếp tiếp nhận tải trọng từ hệ dầm, sàn và truyền xuống móng công trình. - Là bộ phận tiếp nhận chính tải trọng ngang tác động vào công trình, phân phối vào từng cấu kiện cột, vách và truyền xuống móng.
- Đóng vai trò quan trọng trong việc giữ ổn định tổng thể công trình, hạn chế sự dao động của công trình, quyết định dạng dao động của công trình khi chịu tải trọng ngang. Trong thực tế hiện nay, bộ phận kết cấu thẳng đứng cho kết cấu nhà cao tầng gồm những loại cấu kiện sau : - Cột : là cấu kiện đứng phổ biến và điển hình nhất. Xuất hiện trong hệ kết cấu thuần khung, kết cấu khung kết hợp. - Vách cứng chịu lực : là kết cấu chịu lực được sử dụng ngày càng nhiều trong kết cấu nhà cao tầng.
Vách chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang đều tốt, lại khá thích hợp với kết cấu sàn phẳng trong việc kết hợp chịu lực, phù hợp với công trình có yêu cầu kiến trúc cao. Vách cũng là giải pháp để hạn chế chuyển vị ngang công trình rất tốt. Tùy vào quy mô và yêu cầu công trình mà có 15 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2015 - 2019 thể sử dụng hệ khung vách kết hợp hoặc hệ thuần vách. Hình dạng vách thường là vách đơn hoặc vách gồm 2 vách đơn kết hợp theo hình chữ L hoặc chữ T.
- Lõi : là mốt tổ hợp vách theo 2 phương, dạng chữ C, chữ E hoặc phức tạp hơn. Mang nhiều ưu điểm của vách. Bên cạnh đó còn tăng cường khả năng chống xoắn. - Kết cấu ống.
- Các hệ kết cấu kết hợp. Do đặc điểm công trình có kích thước theo 2 phương tương đối chênh lệch lớn, khả năng chống xoắn của công trình thấp nên ta bố trí 2 hệ lõi trung tâm ở 2 khối tăng khả năng chống xoắn cho công trình, bên cạnh đó là hệ kết cấu chịu tải trọng thẳng đứng rất tốt cùng với hệ cột. Kết cấu thẳng đứng còn có hệ các cột được liên kết với nhau bằng dầm và sàn.Vì nhịp công trình tương đối lớn (9 m) nên cần chia hệ dầm phụ trực giao để giảm độ võng. Đồng thời vì công trình có chiều cao tương đối lớn (68m) nên cần sử dụng vách biên chịu lực.
Như vậy, cột, lõi và vách liên kết cùng làm việc với nhau thông quan hệ thống sàn có hệ dầm phụ trực giao. HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC NẰM NGANG ( DẦM – SÀN ). Lựa chọn giải pháp kết cấu nằm ngang tựu chung lại là lựa chọn phương án sàn cho công trình. Đó có thể là hệ sàn sườn (sàn liên kết tuyến trên hệ dầm sàn và dầm khung, dầm liên kết với cột, vách và lõi với nhau cùng làm việc để truyền tải trọng thẳng đứng xuống móng ).
Ngoải ra còn có kết cầu sàn phẳng, không dầm, sàn liên kết điểm trực tiếp lên cột, vách và lõi. Khi đó sàn thay dầm đóng vai trò liên kết cột, vách và või làm việc với nhau. Điểm khác biệt cơ bản của 2 phương án sàn trên là ở tính chất làm việc chịu lực của sàn. - Sàn sườn : bản sàn được tính toán chủ yếu là cấu kiện chịu uốn.
- Sàn phẳng : bên cạnh sự làm việc chịu uốn, sàn phẳng còn là cấu kiện chịu nén khi chịu tải trọng ngang, đặc biệt là sàn liên kết với vách và lõi. Bên cạnh đó còn phải đảm bảo khả năng chống cắt tại vị trí đầu cột cho sàn. Do đó tính toán sàn phẳng tương đối phức tạp. Lựa chọn phương án sàn là bước lựa chọn vô cùng quan trọng, bởi nó quyết định lớn đến sự làm việc hợp lý và tính kinh tế cho công trình.
Theo thống kê, khối lượng bê tông trong sàn chiếm khoảng 30 ÷ 40 % tổng khối lượng bê tông công trình đồng thời tải trọng bản thân sàn là tải trọng tĩnh chính tác động lên khung. Thi công sàn cũng khá phức tạp, vì vậy cần cân nhắc các giải pháp sàn để tìm ra giải pháp tối ưu phù hợp với yêu cầu và đặc điểm công trình. Ta xem xét 1 số phương án sàn phổ biến sau : Hệ sàn sườn Gồm hệ dầm và bản sàn. Hệ dầm có thể chỉ gồm dầm chính ( dầm khung ) với những sàn có khẩu độ không lớn, hoặc bố trí thêm hệ dầm phụ trực giao, dầm sàn để hạn chế độ võng sàn.
Ưu điểm : o Tính toán đơn giản ( có thể sử dụng các bảng tra ), Tiêu chuẩn Việt Nam hướng dẫn rõ ràng. o Chiều dày sàn bé. o Được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất. Nhược điểm : o Hệ dầm chiếm không gian, làm tăng chiều cao tầng, không thích hợp cho nhà có chiều cao tầng thấp ( từ 3.
Không phù hợp với nhà cao tầng cần hạn chế chiều cao công trình để hạn chế ảnh hưởng tải trọng gió. o Thi công tốn cốp pha dầm. Hệ sàn sườn kiểu ô cờ 16 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2015 - 2019 Gồm hệ dầm và bản sàn. Hệ dầm khá dày chia ô sàn thành những ô bản 2 phương nhịp khá bé.
Ưu điểm : o Không đòi hỏi hệ cột bên trong công trình, vượt nhịp lớn vào tạo không gian rộng rãi. o Chiều dày sàn bé. o Có tính thẩm mỹ. Nhược điểm : o Hệ dầm thi công qua phức tạp, tốn kém.
o Hệ dầm chiếm không gian theo phương đứng lớn, ảnh hưởng chiều cao sử dụng. Hệ sàn phẳng không dầm Là sàn có liên kết điểm với cột hoặc liên kết trực tiếp vào vách, lõi cứng , có thể bố trí thêm hệ dầm biên theo chu vi công trình. Tùy vào điều kiện tải trọng, nhịp làm việc và yêu cầu kiến trúc mà có thể bố trí mũ cột hoặc drop panel tại vị trí đầu cột. Ưu điểm : o Giảm đáng kể không gian chiều cao tầng nhà do không tốn không gian cho dầm.
Từ đó giảm chiều cao toàn công trình, giảm tác dụng của tải trọng ngang. o Có tính thẩm mỹ cao, thông thoáng và lấy sáng tốt. o Thuận tiện khi bố trí trần kỹ thuật. o Linh hoạt trong phân chia không gian bên dưới.
o Thi công nhanh vì không tốn thời gian cho cốp pha và cốt thép dầm, bố trí thép trong sàn trở nên đơn giản hơn. Nhược điểm : o Chiều dày sàn khá lớn để đảm bảo khả năng chịu cắt và biến dạng, làm tăng tải trọng bản thân của công trình tích lũy xuống cột và móng. o Chi phí bê tông tăng. o TCVN chưa quy định và hướng dẫn cụ thể trong tính toán sàn phẳng cũng như mũ cột và drop panel.
Hệ sàn không dầm ứng lực trước Kết cấu tương tự sàn không dầm, khác biệt là ở BTCT đã ứng suất trước. Ưu điểm : o Mang toàn bộ những ưu điểm của sàn không dầm thông thường, bê cạnh đó còn khắc phục 1 số hạn chế sau của sàn không dầm. o Giảm chiều dày sàn do vật liệu có cường độ cao nhờ ứng suất trước. Từ đó giảm trọng lượng bản thân kết cấu.
o Vật liệu ứng suất trước làm việc tối ưu vì phù hợp với đặc điểm chịu lực ( biểu đồ Moment). Nhược điểm : sàn ứng suất trước phát sinh 1 số vấn đề sau o Thi công sàn ứng suất trước đòi hỏi thiết bị chuyên dụng phức tạp, chưa phổ biến ở Việt Nam. Đồng thời quá trình thi công phải chính xác nên đòi hỏi tay nghể thợ cao. Chi phí thi công do vậy tăng lên.
Kết cấu chịu lực chính của công trình là khung kết hợp lõi cứng. Cột và vách đóng vai trò chịu tải trọng chính. Hệ sàn đóng vai trò liên kết các cấu kiện thẳng đứng và truyền tải trọng ngang trong khung. Ta chọn hệ kết cấu sàn sườn gồm hệ dầm chính và hệ dầm phụ trực giao để giảm chiều dày hệ sàn.
17 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2015 - 2019 1. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU PHẦN NGẦM. PHƯƠNG ÁN MÓNG.
