CHƯƠNG 1: CÁC CĂN CỨ THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 2. Các căn cứ và tiêu chuẩn thiết kế công trình 2. Tiêu chuẩn thiết kế - Công việc thiết kế phải tuân theo các quy phạm, các tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam cho ngành xây dựng. Những tiêu chuẩn sau đây được sử dụng trong quá trình tính: TCVN 2737 – 1995: Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động.
TCVN 5574 – 2018: Tiêu chuẩn kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế. TCXD 229 – 1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió. - Ngoài các tiêu chuẩn quy phạm trên còn sử dụng một số sách, tài liệu chuyên ngành của nhiều tác giả khác nhau (trình bày trong phần tài liệu tham khảo). Bảng 0-1: Trọng lượng riêng của vật liệu và hệ số vượt tải Trọng lượng riêng TT Vật liệu Hệ số vượt tải (𝑑𝑎𝑁 ⁄𝑚 ) 1 Bê tông cốt thép 2500 1.1 2 Vữa xi măng trát, ốp, lát 1800 1.1 4 Đất đấm nện chặt 2000 1.2 5 Tường xây gạch thẻ 2000 1.2 6 Tường xây gạch ống 1800 1.1 7 Bê tông sỏi nhám nhà xe 2000 1.1 8 Bê tông lót móng 2000 1.
Căn cứ thiết kế - Dựa vào hồ sơ thiết kế kiến trúc công trình và hồ sơ địa chất thủy văn. - Các yêu cầu về tải trọng, thiết kế kết cấu công trình quy định trong tiêu chuẩn. Lựa chọn giải pháp kết cấu và vật liệu 2. Hệ thống chịu lực chính - Hệ kết cấu chịu lực thẳng đứng có vai trò quan trọng đối với kết cấu nhà nhiều tầng bởi vì: Chịu tải trọng của dầm sàn truyền xuống móng và xuống nền đất.
Chịu tải trọng ngang của gió và áp lực đất lên công trình. Liên kết với dầm sàn tạo thành hệ khung cứng, giữ ổn định tổng thể cho công trình, hạn chế dao động và chuyển vị đỉnh của công trình - Hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng bao gồm các loại sau: Hệ kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng, kết cấu ống. 19 Hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung – giằng, kết cấu khung vách, kết cấu ống lõi và kết cấu ống tổ hợp. 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 thép.
- Mỗi loại kết cấu đều có những ưu, nhược điểm riêng, phù hợp với từng công trình có quy mô và yêu cầu thiết kế khác nhau. Do đó, việc lựa chọn giải pháp kết cấu phải được cân nhắc kĩ lưỡng, phù hợp với từng công trình cụ thể đảm bảo hiệu quả kinh tế - kỹ thuật. Giải pháp kết cấu lựa chọn cho công trình: Kết cấu khung BTCT chịu lực kết hợp lõi thang máy ở giữa công trình, hệ thống vách đứng là kết cấu chịu lực chính cho công trình. Phù hợp với mặt bằng kiến trúc cũng như quy mô công trình.
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 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: 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 gây nên 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 phụ không quá 2 m.
- Ưu điểm: Tránh được có quá nhiều cột bên trong nên không gian sử dụng lớn 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. 20 Hệ sàn không dầm (không có mũ cột) - Cấu tạo: gồm các bản kê trực tiếp lên cột. - Ưu điểm: Chiều cao của 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 (6m - 8m). Việc thi công phương án này nhanh hơn so với phương án sàn dầm bởi không phải mất công gia cốp pha, cốt thép dầm, cốt thép được đặt tương đối định hình và 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 của 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. Hệ sàn không dầm ứng lực trước - Ưu điểm: ngoái 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 thỏa 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. - Nhược điểm: tuy khắc phục được các nhược điểm của sàn không dầm thông thường nhưng lại xuất hiện một số khó khăn cho việc chọn lựa phương án này là: Thiết bị thi công phức tạp, yêu cầu việc chế tạo và lắp đặt cốt thép phải chính xác do đó yêu cầu tay nghê thi công phải cao hơn, tuy nhiên với xu thế hiện đại hóa hiện nay thì điều này sẽ là yêu cầu tất yếu. 21 Giải pháp kết cấu lựa chọn cho công trình: Công trình có bước cột theo phương x: 7.2m và 6m, theo phương y: 7.8m ngoài ra công năng của công trình không phức tạp và chiều cao mỗi tầng lớn nên ta chọn giải pháp thiết kế kế cấu hệ sàn sườn.
Dựa vào bản vẽ kiến trúc ta thấy được công trình có nhiều tường ngăn dày 110 và khoảng cách giữa các tường ngăn trung bình là 3.6m theo cả hai phương. Vậy ta chọn phương án sàn sườn toàn khối có dầm phụ. Phương án chia dầm phụ còn có mục đích là giảm nhịp tính toán dầm chính và giảm chiều dày sàn. 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 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 các nhà thiết kế sử dụng phổ biến trong các kết cấu nhà cao tầng. Ngoài ra còn có các loại vật liệu khác được sử dụng như vật liệu liên hợp thép – bê tông, hợp kim nhẹ… Tuy nhiên các loại vật liệu mới này chưa được sử dụng nhiều do công nghệ chế tạo còn mới, giá thành tương đối cao. - Do đó, trong đồ án chọn vật liệu cho công trình là bê tông cốt thép: 1.
Bê tông Bảng 0-2: Chỉ tiêu cơ lí của bê tông Cấp độ Khối lượng Cường độ tính Cường độ chịu kéo Mô đun đàn hồi bền riêng 𝛾 toán 𝑅 tính toán 𝑅 𝐸 B25 25 𝑘𝑁 ⁄𝑚 14. Cốt thép: Bảng 0-3: Phân loại cốt thép STT Loại thép Thép CB300V: 𝑅 = 𝑅 = 260 𝑀𝑝𝑎, 1 𝑅 = 210 𝑀𝑝𝑎, 𝐸 = 200000 𝑀𝑝𝑎 Thép CB400V: 𝑅 = 𝑅 = 350 𝑀𝑝𝑎, 2 𝑅 = 280 𝑀𝑝𝑎, 𝐸 = 200000 𝑀𝑝𝑎 Thép CB500V: 𝑅 = 𝑅 = 435 𝑀𝑝𝑎, 3 𝑅 = 300 𝑀𝑝𝑎, 𝐸 = 200000 𝑀𝑝𝑎 22 Lớp bê tông bảo vệ Lớp bê tông bảo vệ cần phải đảm bảo được: - Sự làm việc đồng thời của cốt thép với bê tông - Neo cốt thép trong bê tông và khả năng bố trí các mối nối của các chi tiết cốt thép - Tính toàn vẹn của cốt thép dưới các tác động của môi trường xung quanh (kể cả môi trường xâm thực) - Khả năng chịu lửa của kết cấu - Giá trị tối thiểu của chiều dày lớp bê tông bảo vệ của cốt thép chịu lực (kể cả cốt thép nằm ở mép trong của các cấu kiện rỗng tiết diện vành khuyên hoặc tiết diện hộp) lấy theo bảng sau Điều kiện làm việc của kết cấu nhà Chiều dày tối thiểu của lớp bê tông bảo vệ 1. Trong các gian phòng được che phủ với độ ẩm 20 (15) bình thường và thấp (không lớn hơn 75 %). Trong các gian phòng được che phủ với độ ẩm 25 (20) nâng cao (lớn hơn 75 %) (khi không có các biện pháp bảo vệ bổ sung).
Trong đất (khi không có các biện pháp bảo vệ 40 (35) bổ sung), trong móng khi có lớp bê tông lót.