CHƯƠNG 1: GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH 1. CÁC CĂN CỨ VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH: 1. 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: + Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bêtông cốt thép TCVN 5574-2012.
+ Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động TCVN 2737:1995. + Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình TCVN 9362:2012. + Tiêu chuẩn thiết kế và thi công nhà cao tầng TCXD 198:1997. + Tiêu chuẩn tính toán gió động TCXD 229-1999, TCVN 9386:2012 - 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).1: Trọng lượng riêng của vật liệu và hệ số vượt tải.
Trọng lượng Hệ số vượt TT Vật liệu Đơn vị tính riêng tải 1 Bê tông cốt thép daN/m3 2500 1,1 2 Vữa XM trát, ốp, lát daN/m3 1800 1,3 3 Gạch ốp lát daN/m3 2000 1,1 4 Đất đầm nện chặt daN/m3 2000 1,2 5 Tường xây gạch thẻ daN/m3 2000 1,2 6 Tường xây gạch ống daN/m3 1800 1,1 7 Bê tông sỏi nhám nhà xe daN/m3 2000 1,1 8 Bê tông lót móng daN/m3 2000 1,1 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. ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ NHÀ CAO TẦNG Trong thiết kế nhà cao tầng thì việc lựa chọn giải pháp kết cấu là rất quan trọng vì việc lựa chọn giải pháp kết cấu khác nhau có liên quan tới các vấn đề khác như bố trí mặt bằng và giá thành của công trình.
Tải trọng đứng SVTH: Nguyễn Thanh Hiền Trang 23 Đồ án tốt nghiệp đại học Phần Kết Cấu Tải trọng đứng được truyền xuống đất qua hệ thống các cấu kiện thẳng đứng hoăc các cấu kiện nằm nghiêng được liên kết lại. Các cấu kiện thẳng đứng này có thể là khung tạo bởi cột và dầm hoặc là những tường cứng có dạng đặc hoặc dạng mạng lưới. Tải trọng ngang Một nhân tố chủ yếu của nhà cao tầng là tải trọng ngang vì tải trọng ngang gây ra nội lực và chuyển vị lớn. Theo sự tăng lên của chiều cao thì chuyển vị ngang cũng tăng lên rất nhanh gây ra một số hậu quả bất lợi như: làm tăng nội lực của các cấu kiện dẫn đến chất lượng công trình giảm.
Mặt khác chuyển vị quá lớn sẽ gây khó chịu cho người sống và sinh hoạt trong đó. Hạn chế chuyển vị ngang Các kết cấu chịu lực của ngôi nhà phải chịu được tất cả các tải trong ngang như gió, động đất…Vì vậy phải bố trí hệ thống giằng ngang đặc biệt theo phương dọc và phương ngang của ngôi nhà. Hệ thống sàn dưới dạng dầm cao sẽ truyền tải trọng ngang cho các kết cấu thẳng đứng và các lực này sẽ truyển xuống móng. Việc lựa chọn đúng đắn cấu kiện sàn có ý nghĩa rất quan trọng vì nó quyết định sơ đồ truyền tải trọng ngang, tải trọng thẳng đứng và chúng ảnh hưởng tới việc chọn hệ kết cấu cho công trình.
Giảm trọng lượng của bản thân Việc giảm trọng lượng bản thân có ý nghĩa rất quan trọng vì nó sẽ làm giảm áp lực xuống đất nền đồng thời làm giảm ảnh hưởng các tải trọng ngang ngang như gió, động đất. Nên kết cấu nhỏ gọn hơn, tiết kiệm vật liệu, tăng hiệu quả kiến trúc… 1. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU 1. Lựa chọn phương án kết cấu chung a.
Các giải pháp kết cấu Theo các dữ liệu về kiến trúc như hình dáng, chiều cao nhà, không gian sử dụng thì giải pháp kết cấu có thể là: + Hệ tường chịu lực Trong hệ này các cấu kiện thẳng đứng chịu lực của nhà là các tường phẳng. Vách cứng được hiểu theo nghĩa là các tấm tường được thiết kế được để chịu tải trọng đứng. Nhưng trong thực tế đối với nhà cao tầng tải trọng ngang bao giờ cũng chiếm ưu thế nên các tấm tường được thiết kế chịu cả tải trọng ngang và tải trọng đứng. Tải trọng ngang truyền đến các tấm tường qua bản sàn.
Các tường cứng làm việc như các dầm consol có chiều cao tiết diện lớn. Giải pháp này thích hợp với công trình có chiều cao không lớn và yêu cầu các khoảng không gian bên trong không quá lớn. + Hệ khung chịu lực Hệ này tạo được tạo bởi các thanh đứng vào thanh ngang là các dầm liên kết với nhau tại các chỗ giao nhau gọi là nút. Các khung phẳng liên kết với nhau bằng các SVTH: Nguyễn Thanh Hiền Trang 24 Đồ án tốt nghiệp đại học Phần Kết Cấu thanh ngang tạo thành khung không gian.
Hệ kết cấu này khắc phục được nhược điểm của hệ kết cấu tường chịu lực. Nhưng nhược điểm của phương án này là tiết diện cấu kiện lớn (do phải chịu phần lớn tải trọng ngang), độ cứng ngang bé nên chuyển vị ngang lớn và chưa tận dụng được khả năng chịu tải trọng ngang của lõi cứng. + Hệ lõi chịu lực Lõi chịu lực có dạng vỏ hộp rỗng, tiết diện kín hoặc hở có tác dụng nhận toàn bộ tải trọng lên công trình truyền xuống đất. Hệ lõi chịu lực được tải trọng ngang khá tốt và tận dụng vách tường bê tông cốt thép làm vách cầu thang.
Tuy nhiên để hệ kêt cấu tận dụng được hết tính năng thì sàn phải dày và chất lượng khi thi công giữa chỗ giao của sàn và vách phải đảm bảo. + Hệ hộp chịu lực Hệ này truyền lực trên nguyên tắc các bản sàn được gối vào kết cấu chịu tải nằm trong mặt phẳng tường ngoài mà không cần các gối trung gian bên trong. Hệ này chịu tải trong rất lớn thích hợp cho xây cao toàn nhà siêu cao tầng (thường trên 80 tầng). Lựa chọn giải pháp kết cấu công trình.
Qua sự phân tích sơ bộ như trên ta thấy mỗi hệ kết cấu cơ bản của nhà cao tầng đều có ưu, nhược điểm riêng. Đối với chung cư cao tầng yêu cầu chịu tải trọng ngang và sự thông thoáng nên sử dụng tường chịu lực là không hợp lý. Với hệ kết cấu khung có chuyển vị ngang lớn và kích thước tiết diện lớn không phù hợp với công trình. Dùng giải pháp hệ lõi kết cấu thì công trình cần phải thiết kế với độ dày sàn lớn, lõi phải được phân bố hợp lý trên mặt bằng.
Vậy để thỏa mãn các yêu cầu của kiến trúc và kết cấu đặt ra cho một nhà cao tầng ta chọn biện pháp sử dụng hệ hỗn hợp là hệ được tạo thành sự kết hợp giữa hai hoặc nhiều hệ cơ bản. Dựa trên phân tích thực tế thì có hai hệ hỗn hợp có tính khả thi cao là: + Sơ đồ giằng: Sơ đồ này tính toán khi khung chỉ chịu phần tải trọng thẳng đứng tương ứng với diện tích truyền tải đến nó cón tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng do các kết cấu chịu tải cơ bản khác như lõi, tường chịu. Trong sơ đồ này thì tất cả các nút khung đều có cấu tạo khớp hoặc tất cả các cột có độ cứng chống uốn vô cùng bé. + Sơ đồ khung giằng: Sơ đồ này coi khung cùng tham gia chịu tải trọng thẳng đứng với xà ngang và các kết cấu chịu lực cơ bản khác.
Trường hợp này có khung liên kết cứng tại các nút (gọi là khung cứng). + Lựa chọn kết cấu chịu lực chính: Qua việc phân tích trên ta nhận thấy sơ đồ khung giằng là hợp lý. Ở đây việc sử dụng kết cấu lõi (lõi cầu thang) chịu tải trọng đứng và ngang với khung sẽ làm tăng hiệu quả chịu lực của toàn hệ kết cấu lên rất nhiều đồng thời nâng cao hiêu quả sử dụng khung không gian. Đặc biệt có sự hỗ trợ của SVTH: Nguyễn Thanh Hiền Trang 25 Đồ án tốt nghiệp đại học Phần Kết Cấu lõi làm giảm tải trọng ngang tác dụng vào từng khung.
Sự làm việc đồng thời của khung và lõi là ưu điểm nổi bật của hệ kết cấu này. Do vậy ta lựa chọn hệ khung giằng là hệ kết cấu chịu lực chính cho công trình này. Lựa chọn phương án kết cấu cột, dầm sàn a. Chọn giải pháp kết cấu dầm, sàn *) Sàn nấm Ưu điểm của sàn nấm là chiều cao tầng giảm, nên cùng chiều cao nhà sẽ có số tầng lớn hơn, đồng thời cũng thuận tiện cho thi công.
Tuy nhiên để cấp nước và cấp điện điều hoà ta phải làm trần giả nên ưu điểm này không có giá trị cao. Nhược điểm của sàn nấm là khối lượng bê tông lớn dẫn đến giá thành cao và kết cấu móng nặng nề, tốn kém. Ngoài ra dưới tác dụng của gió động và động đất thì khối lượng tham gia dao động lớn, lực quán tính lớn Nội lực lớn làm cho cấu tạo các cấu kiện nặng nề kém hiệu quả về mặt giá thành cũng như thẩm mỹ kiến trúc. *) Sàn sườn Do độ cứng ngang của công trình lớn nên khối lượng bê tông khá nhỏ vì vậy Khối lượng dao động 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 lý thoải mái cho người sử dụng. Nhược điểm của sàn sườn là chiều cao tầng lớn 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 kỹ thuật thi công hiện nay của các Công ty xây dựng. *) Sàn ô cờ Cấu tạo hệ kết cấu sàn bao 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 vào khoảng 3m. Các dầm chính có thể làm ở dạng dầm bẹt để tiết kiệm không gian sử dụng trong phòng.
- 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. Khả năng chịu lực tốt, thuận tiện cho bố trí mặt bằng. - Nhược điểm: Không tiết kiệm, thi công phức tạp. Mặt khác, 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. Việc kết hợp sử dụng dầm chính dạng dầm bẹt để giảm chiều cao dầm có thể được thực hiện nhưng chi phí cũng sẽ tăng cao vì kích thước dầm rất lớn.