CHƯƠNG 1: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU 1. Sơ bộ phương án kết cấu 1. Phân tích các dạng kết cấu khung Đối với việc thiết kế công trình, việc lựa chọn giải pháp kết cấu đóng một vai trò rất quan trọng, bởi vì việc lựa chọn trong giai đoạn này sẽ quyết định trực tiếp đến giá thành cũng như chất lượng công trình. Có nhiều giải pháp kết cấu có thể đảm bảo khả năng làm việc của công trình do vậy để lựa chọn được một giải pháp kết cấu phù hợp cần phải dựa trên những điều kiện cụ thể của công trình.
Hệ kết cấu khung chịu lực: Là hệ kết cấu không gian gồm các khung ngang và khung dọc liên kết với nhau cùng chịu lực. Để tăng độ cứng cho công trình thì các nút khung là nút cứng. Ưu điểm là tạo được không gian rộng, dễ bố trí mặt bằng và thoả mãn các yêu cầu chức năng. Nhược điểm là độ cứng ngang nhỏ, tỷ lệ thép trong các cấu kiện thường cao.
Hệ kết cấu này phù hợp với những công trình chịu tải trọng ngang nhỏ. Hệ kết cấu vách chịu lực: Đó là hệ kết cấu bao gồm các tấm phẳng thẳng đứng chịu lực. Hệ này chịu tải trọng đứng và ngang tốt áp dụng cho nhà cao tầng. Tuy nhiên hệ kết cấu này ngăn cản sự linh hoạt trong việc bố trí các phòng.
Hệ kết cấu hỗn hợp khung - vách - lõi chịu lực: Về bản chất là sự kết hợp của 2 hệ kết cấu đầu tiên. Vì vậy nó phát huy được ưu điểm của cả 2 giải pháp đồng thời khắc phục được nhược điểm của mỗi giải pháp trên. Thực tế giải pháp kết cấu này được sử dụng rộng rãi do những ưu điểm của nó. Tuỳ theo cách làm việc của khung mà khi thiết kế người ta chia ra làm 2 dạng sơ đồ tính: sơ đồ giằng và sơ đồ khung giằng.
Sơ đồ giằng: Khi khung chỉ chịu tải trọng theo phương đứng ứng với diện chịu tải, còn tải ngang và một phần tải đứng còn lại do vách và lõi chịu. Trong sơ đồ này các nút khung được cấu tạo khớp, cột có độ cứng chống uốn nhỏ. Sơ đồ khung giằng: Khi khung cũng tham gia chịu tải trọng đứng và ngang cùng với lõi và vách. Với sơ đồ này các nút khung là nút cứng.
Sinh viên:ĐÀO TRỌNG PHƯƠNG – XD1801D Trang 13 NHÀ LÀM VIỆC CÔNG TY LG DISPLAY HẢI PHÒNG 1. Phương án lựa chọn Kết cấu bê tông cốt thép là một trong những hệ kết cấu chịu lực được dùng nhiều nhất trên thế giới. Các nguyên tắc quan trọng trong thiết kế và cấu tạo kết cấu bê tông cốt thép liền khối cho nhà nhiều tầng có thể tóm tắt như sau: - Kết cấu phải có độ dẻo và khả năng phân tán năng lượng lớn (Kèm theo việc giảm độ cứng ít nhất). - Dầm phải bị biến dạng dẻo trước cột.
- Phá hoại uốn phải xảy ra trước phá hoại cắt. - Các nút phải khoẻ hơn các thanh (cột và dầm) qui tụ tại đó. Việc thiết kế công trình phải tuân theo những tiêu chuẩn sau: - VLXD cần có tỷ lệ giữa cường độ và trọng lượng càng lớn càng tốt - Tính biến dạng cao: Khả năng biến dạng dẻo cao có thể khắc phục được tính chịu lực thấp của vật liệu hoặc kết cấu. - Tính thoái biến thấp nhất là khi chịu tải trọng lặp.
- Tính liền khối cao: Khi bị dao động không nên xảy ra hiện tượng tách rời các bộ phận công trình. - Giá thành hợp lý: Thuận tiện cho khả năng thi công. Hình dạng mặt bằng nhà: Sơ đồ mặt bằng nhà phải đơn giản, gọn và độ cứng chống xoắn lớn: Không nên để mặt bằng trải dài; hình dạng phức tạp; tâm cứng không trùng với trọng tâm của nó và nằm ngoài đường tác dụng của hợp lực tải trọng ngang. Hình dạng nhà theo chiều cao: Nhà phải đơn điệu và liên tục, tránh thay đổi một cách đột ngột hình dạng nhà theo chiều cao.
Hình dạng phải cân đối: Tỷ số chiều cao trên bề rộng không quá lớn. Độ cứng và cường độ: Theo phương đứng nên tránh sự thay đổi đột ngột của sự phân bố độ cứng và cường độ trên chiều cao nhà. Theo phương ngang tránh phá hoại do ứng suất tập trung tại nút. Đối với việc thiết kế công trình, việc lựa chọn giải pháp kết cấu đóng một vai trò rất quan trọng, bởi vì việc lựa chọn trong giai đoạn này sẽ quyết Sinh viên:ĐÀO TRỌNG PHƯƠNG – XD1801D Trang 14 NHÀ LÀM VIỆC CÔNG TY LG DISPLAY HẢI PHÒNG định trực tiếp đến giá thành cũng như chất lượng công trình.
Có nhiều giải pháp kết cấu có thể đảm bảo khả năng làm việc của công trình do vậy để lựa chọn được một giải pháp kết cấu phù hợp cần phải dựa trên những điều kiện cụ thể của công trình. Phương án lựa chọn: Sự kết hợp của giải pháp kết cấu khung – vách - lõi cùng chịu lực tạo ra khả năng chịu tải cao hơn cho công trình. Với công trình nhà điều hành 9 tầng thì phương án khung BTCT chịu lực là hợp lý hơn cả. Công trình có chiều dài lớn so với chiều rộng (H>2B) thì ta nên chọn hệ khung phẳng để tính toán vì tính toán khung phẳng đơn giản hơn và tăng độ an toàn cho công trình… TÍNH KHUNG TRỤC 4 Khung là kết cấu hệ thanh, bao gồm các thanh ngang gọi là dầm, các thanh đứng gọi là cột, đôi khi có cả những thanh xiên.
Các thanh được liên kết tại các nút khung. Khung là loại kết cấu rất phổ biến, sử dụng làm kết cấu chịu lực chính trong hầu hết các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp. Khung có thể thi công toàn khối hoặc lắp ghép. Kết cấu khung BTCT toàn khối được sử dụng rộng rãi nhờ những ưu điểm: Đa dạng, linh động về tạo dáng kiến trúc, độ cứng công trình lớn.
- Công trình: Nhà làm việc công ty LG Display Hải Phòng; với kết cấu chịu lực chính là hệ khung bê tông cốt thép toàn khối. - Căn cứ vào bước cột, nhịp của dầm khung ngang, ta nhận thấy phương chịu lực của nhà theo phương ngang là hợp lý và phương dọc nhà có số lượng cột nhiều hơn phương ngang nhà, như vậy sẽ ổn định theo phương ngang là phương nguy hiểm hơn để tính toán. - Sơ đồ tính khung là khung phẳng theo phương ngang nhà, dựa vào bản vẽ thiết kế kiến trúc ta xác định được hình dáng của khung (nhịp, chiều cao tầng), kích thước tiết diện cột, dầm được tính toán chọn sơ bộ, liên kết giữa các cấu kiện là cứng tại nút, liên kết nóng với chân cột là liên kết ngàm. Sinh viên:ĐÀO TRỌNG PHƯƠNG – XD1801D Trang 15 NHÀ LÀM VIỆC CÔNG TY LG DISPLAY HẢI PHÒNG -Dựa vào tải trọng tác dụng lên sàn (Tĩnh tải, hoạt tải) các cấu kiện và kích thước ô bản ta tiến hành tính toán nội lực, từ đó tính toán số lượng cốt thép cần thiết cho mỗi loại cấu kiện và bố trí cốt thép cho hợp lý đồng thới tính toán chất tải lên khung.
Khung trục 4 là khung có 3 nhịp – 9 tầng. Sơ đồ khung bố trí qua trục A, B, C ,D. Nhịp BC = 2,7m ; nhịp AB=CD = 7,5m Tải trọng tác dụng lên khung bao gồm: - Tĩnh tải. - Hoạt tải sàn.
- Hoạt tải gió. Kích thước sơ bộ của kết cấu và vật liệu : a, Chọn loại vật liệu sử dụng : - Bêtông cấp độ bền B20 có: R b =11,5 MPa = 115 KG/cm2; Rbt = 0,9 MPa = 9 KG/cm2. - Thép có 10 dùng thép AI có Rs= 225 MPa = 2250 KG/cm2 Rsw= 175 MPa = 1750 KG/cm2 Rscw= 225 MPa = 2250 KG/cm2 - Thép có ≥ 10 dùng thép AII có Rs= 280 MPa = 2800 KG/cm2 Rsw= 225 MPa = 2250 KG/cm2 Rsc= 280 MPa = 2800 KG/cm2 b, Kích thước sơ bộ cột Sinh viên:ĐÀO TRỌNG PHƯƠNG – XD1801D Trang 16 NHÀ LÀM VIỆC CÔNG TY LG DISPLAY HẢI PHÒNG Sơ đồ truyền tải vào cột Xét tỉ số chiều dài theo hai phương của công trình: = = 1,5 < 2 Kết cấu của nhà làm việc theo phương ngang là chủ yếu. Do đó lựa chọn cột có tiết diện chữ nhật.
Việc tính toán lựa chọn được tiến hành theo công thức: N Acột .n - N : tải trọng tác dụng lên đầu cột. - F : diện tích chịu tải của cột, diện tích này gồm hai loại là trên đầu cột biên và trên đầu cột giữa. - q: tải trọng phân bố đều trên sàn được lấy theo kinh nghiệm (q = 1200kg/m2). - n: số tầng nhà trong phạm vi mà dồn tải trọng về cột.
- Acột : diện tích yêu cầu của tiết diện cột. -Rb : cường độ chịu nén của bêtông cột. Bêtông B20 có R b =11,5MPa = 115KG/cm 2 =1150 t/m2 Sinh viên:ĐÀO TRỌNG PHƯƠNG – XD1801D Trang 17 NHÀ LÀM VIỆC CÔNG TY LG DISPLAY HẢI PHÒNG K = ( 1,2-1,5) hệ số kể đến sự ảnh hưởng của mô men Chọn sơ bộ kích thước cột cho cột trục A , B ,C,D - Cột trục A = D F .1,2= 178,848( T ) Chọn tiết diện cột: 0,3x0,6(m) có A = 0,18m2 cho tầng 1, tầng 3 Chọn tiết diện cột: 0,3x0,55(m) có A = 0,165m2 cho tầng 4 đến tầng 6 Chọn tiết diện cột: 0,3x0,5(m) có A = 0,15m2 cho tầng 6 đến tầng 9 - Cột trục B = C F .1,2 = 248,832 ( T ) Chọn tiết diện cột: 0,3x0,7(m) có A = 0,28 m2 cho tầng 1, tầng 3 Chọn tiết diện cột: 0,3x0,65(m) có A = 0,26 m2 cho tầng 4 đến tầng 6 Chọn tiết diện cột: 0,3x0,6(m) có A = 0,24 m2 cho tầng 6 đến tầng 9 c, Chọn tiết diện dầm khung Tiết diện dầm khung phụ thuộc chủ yếu vào nhịp, độ lớn của tải trọng đứng, tải trọng ngang, số lượng nhịp và chiều cao tầng, chiều cao nhà. Chọn kích thước dầm khung theo công thức kinh nghiệm: 1- Tiết diện dầm ngang trong phòng: (Dầm chính) Nhịp dầm L1 = L3 =7500 mm; 1 1 =>hdc = ( ) L1 = 700 mm 583 mm 10 12 => Chọn chiều cao dầm chính hdc = 650 mm Chiều rộng dầm chính: bdc = (0,250,5)hdc = (0,250,5)*650 = 162.5 mm 325 mm => Chọn bề rộng dầm chính bdc = 300 m.
Vậy với dầm chính trong phòng chọn: hdc = 650 mm. Sinh viên:ĐÀO TRỌNG PHƯƠNG – XD1801D Trang 18 NHÀ LÀM VIỆC CÔNG TY LG DISPLAY HẢI PHÒNG Nhịp dầm L2 = 2700 mm; 1 1 =>hdc = ( ) L2 = 270 mm 225 mm 10 12 => Chọn chiều cao dầm chính hdc = 400 mm Chiều rộng dầm chính: bdc = (0,250,5)hdc = (0,250,5).
