CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN SÀN TẦNG 5 1.1 - LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU 1.1-Phương án lựa chọn giải pháp kết cấu 1.1- Phương án sàn Ta xét các phương án thiết kế sàn như sau: a- Sàn sườn toàn khối 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 nên gây bất lợi cho kết cấu công trình khi chịu tải trọng ngang và không tiết kiệm chi phí vật liệu và không gian sử dụng. b- 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 không quá 2 (m). Ưu điểm: Tránh được có quá nhiều cột bên trong nên phát huy được không gian sử dụng và có kiến trúc đẹp, thích hợp với các công trình yêu cầu thẩm mỹ cao và cần có không gian sử dụng lớn như hội trường, câu lạc bộ.
Nhược điểm: Không tiết kiệm vật liệu, 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 cho dầm. c- Sàn không dầm (sàn nấm) Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột.
Ưu điểm: - Chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm được chiều cao công trình; 15 - Dễ phân chia không gian; - Thích hợp với những công trình có khẩu độ vừa 6 8 (m). Nhược điểm: - Tính toán phức tạp. - Chiều dày bản sàn cần phải lớn, với công trình này có khẩu độ nhỏ nên không tiết kiệm vật liệu. * Kết luận: Căn cứ vào: - Đặc điểm kiến trúc và đặc điểm kết cấu, tải trọng của công trình; - Cơ sở phân tích sơ bộ ở trên.
Ta lựa chọn phương án sàn sườn toàn khối để thiết kế cho công trình.2- Hệ kết cấu chịu lực Nhà có 10 tầng với lõi thang máy cho một đơn nguyên. Như vậy có 2 phương án hệ kết cấu chịu lực có thể áp dụng cho công trình: a- Hệ kết cấu vách cứng và lõi cứng Hệ kết cấu vách cứng có thể được bố trí thành hệ thống theo một phương, hai phương hoặc liên kết lại thành hệ không gian gọi là lõi cứng. Loại kết cấu này có khả năng chịu lực ngang tốt nên thường được sử dụng cho các công trình có chiều cao trên 20 tầng. Tuy nhiên, hệ thống vách cứng trong công trình là sự cản trở để tạo ra không gian rộng.
b- Hệ kết cấu khung - giằng (khung và vách cứng) Hệ kết cấu khung - giằng được tạo ra bằng sự kết hợp hệ thống khung và hệ thống vách cứng. Hệ thống vách cứng thường được tạo ra tại khu vực cầu thang bộ, cầu thang máy, khu vệ sinh chung hoặc ở các tường biên, là 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 với nhau qua hệ kết cấu sàn.
Trong trường hợp này hệ sàn liền khối có ý nghĩa lớn. Thường trong hệ kết cấu này hệ thống vách đóng vai trò chủ yếu chịu tải trọng ngang, hệ khung chủ yếu được thiết kế để chịu tải trọng thẳng đứng. Sự phân rõ chức năng này tạo điều kiện để tối ưu hoá các cấu kiện, giảm bớt kích thước cột, dầm, đáp ứng được yêu cầu của kiến trúc. 16 Hệ kết cấu khung - giằng cho thấy là kết cấu tối ưu cho nhiều loại công trình cao tầng.
Loại kết cấu này sử dụng hiệu quả cho các ngôi nhà đến 40 tầng được thiết kế cho vùng có động đất cấp 7. * Kết luận: Qua xem xét đặc điểm các hệ kết cấu chịu lực trên áp dụng vào đặc điểm công trình và yêu cầu kiến trúc, em chọn hệ kết cấu chịu lực cho công trình là hệ kết cấu khung - giằng với vách được bố trí là các thang máy và cầu thang bộ.2-Phương pháp tính toán hệ kết cấu a, - Sơ đồ tính Sơ đồ tính là hình ảnh đơn giản hoá của công trình, được lập ra chủ yếu nhằm hiện thực hoá khả năng tính toán các kết cấu phức tạp. Như vậy với cách tính thủ công, người thiết kế buộc phải dùng các sơ đồ tính toán đơn giản, chấp nhận việc chia cắt kết cấu thành các phần nhỏ hơn bằng cách bỏ qua các liên kết không gian. Với độ chính xác cho phép và phù hợp với khả năng tính toán hiện nay, đồ án này sử dụng sơ đồ tính toán chưa biến dạng (sơ đồ đàn hồi) hai chiều (phẳng).
Hệ kết cấu gồm hệ sàn BTCT toàn khối liên kết với lõi thang máy và các cột. b, Tải trọng: - Tải trọng đứng Gồm trọng lượng bản thân kết cấu và các hoạt tải tác dụng lên sàn, mái. Tải trọng tác dụng lên sàn, kể cả tải trọng các vách ngăn, thiết bị … đều qui về tải phân bố đều trên diện tích ô sàn. - Tải trọng ngang Tải trọng gió và tải trọng động đất được tính toán qui về tác dụng tại các mức sàn c, Nội lực Để xác định nội lực và chuyển vị, sử dụng chương trình tính toán kết cấu SAP2000.
Đây là một chương trình tính toán kết cấu rất mạnh hiện nay. Chương trình này tính toán dựa trên cơ sở của phương pháp phần tử hữu hạn, sơ đồ đàn hồi. Lấy kết quả nội lực và chuyển vị ứng với từng phương án tải trọng.3-Lựa chọn kích thước các cấu kiện chính a-Sàn Lựa chọn chiều dày bản sàn (lấy chiều dày lớn nhất của bản) chung cho tất cả các ô sàn. Ô sàn lớn nhất có kích thước: 4,6 7,5 (m).
D Công thức xác định chiều dày của sàn : hb .l m 𝑙2 7,5 Xét tỉ số : = = 1,63 𝑙1 4,6 Vậy ô bản làm việc theo 2 phương tính bản theo sơ đồ bản kê 4 cạnh. Chiều dày bản sàn đượcxác định theo công thức : D hb .l ( l: cạnh ngắn theo phương chịu lực) m Với bản kê 4 cạnh có m= 40 50 chọn m= 45 D= 0.4 chọn D= 1,2 Vậy ta có hb = (1,2*4600)/45 = 120 mm = 12,0 cm Theo điều kiện an toàn đảm bảo cho sàn và tiện cho tính toán ta chọn tất cả các bản sàn có chiều dầy là: h b = 12 (cm). b- Dầm chính Dầm chính có tác dụng chịu lực chính trong kết cấu, tiết diện được chọn như sau: 1 - Chiều cao: hc = .lnhịp (md = 812) md Ta lấy nhịp lớn nhất của công trình là 7. 8 12 Chọn chiều cao tiết diện của dầm chính h c = 65 (cm).
- Chiều rộng dầm: bc = (0,3 0,5). Chọn bề rộng dầm chính bc = 25 (cm) Vậy tiết diện Dầm chính khung chọn 25 65 (cm). c-Dầm phụ Dầm phụ gác lên dầm chính do đó tiết diện của dầm phụ có tiết diện là 1 - Chiều cao: hp =. 12 20 Chọn chiều cao tiết diện dầm phụ là: h p = 35 (cm), khi đó: bp = (0,3 0,5).
- Chọn bề rộng dầm phụ bp = 22 (cm). Vậy tiết diện dầm phụ: h b = 22 35 (cm). d-Cột khung trục4 n.k Diện tích tiết diện cột sơ bộ xác định theo công thức: Fc Rb n: Số sàn trên mặt cắt q: Tổng tải trọng 800 1200(kG/m2) k: hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen tác dụng lên cột.2 Rb: Cường độ chịu nén của bê tông với bê tông B25, R b =14,5MPa = 145 (kG/cm2) a1 a2 l1 S x (đối với cột biên); 2 2 a1 a2 l1 l2 S x (đối với cột giữa). 2 2 + Với cột biên: a1+a2 l1 4,5+4,5 6,5 10.1,2 x = x = Fc = = 1613,1(cm2 2 2 2 2 145 19 DIỆN CHỊU TẢI CỦA CỘT BIÊN Kết hợp yêu cầu kiến trúc chọn sơ bộ tiết diện các cột như sau: Tầng 1, 2, 3 Tiết diện cột: bxh = 40x60 cm = 2400cm2 Tầng 4, 5, 6,7 Tiết diện cột: bxh = 40x50 cm = 2000 cm2 Tầng 8, 9,10 Tiết diện cột: bxh = 30x40 cm = 1200 cm2 l * Kiểm tra ổn định của cột : 0 0 31 b - Cột coi như ngàm vào sàn, chiều dài làm việc của cột l 0 =0,7 H Tầng 1 - 10 : H = 370cm l0 = 0,7x370= 259cm = 259/30 = 8,6< 0 + Với cột giữa a1+a2 l1+l2 4,6+4,6 7,5+2,5 :s =.
= 23m2 = 230000(cm2) 2 2 2 2 20 10𝑥0,12𝑥230000𝑥1,2 𝐹𝑐 = = 2284,1(𝑐𝑚2) 145 Kết hợp yêu cầu kiến trúc chọn sơ bộ tiết diện các cột như sau: Tầng 1, 2, 3 Tiết diện cột: bxh = 40x70 cm = 2800cm2 Tầng 4, 5, 6,7 Tiết diện cột: bxh = 40x60 cm = 2400 cm2 Tầng 8, 9,10 Tiết diện cột: bxh = 40x50 cm = 2000 cm2 DIỆN CHỊU TẢI CỦA CỘT GIỮA l Điều kiện để kiểm tra ổn định của cột: 0 0 31 b Cột coi như ngàm vào sàn, chiều dài làm việc của cột l0 =0,7 H Tầng 1 - 10 : H = 370cm l0 = 259cm = 259/30 = 8,6 < 0 21 1.2-TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢN SÀN TẦNG 5 2.1- Tải trọng tác dụng Khi tính tải trọng tác dụng lên sàn quy phạm cho phép được bỏ qua tải trọng gió. a- Tĩnh tải - Cấu tạo sàn phòng khách, hành lang, phòng làm việc Bảng 2.1: Tĩnh tải sàn phòng khách, hành lang, phòng làm việc gtc gtt STT Lớp vật liệu (m) 2 N (kN/m3) (kN/m ) (kN/m2) 1 Gạch lát 0,02 20 0,4 1,1 0,44 2 Vữa lót 0,005 18 0,27 1,3 0,351 3 Bản BTCT 0,12 25 3 1,1 3,3 4 Vữa trát trần 0,015 18 0,27 1,3 0,351 Tổng 3,94 4,442 - Cấu tạo sàn WC Bảng 2.2: Tĩnh tải sàn phòng vệ sinh d gtc gtt STT Cấu tạo sàn 2 N (m) (kN/m3) (kN/m ) (kN/m2) Gạch lát chống trơn: 1 0,01 18 0,18 1,1 0,198 20020010 2 Vữa lót 0,15 18 0,27 1,3 0,351 3 Bản sàn 0,12 25 3 1,1 3,3 4 Vữa trát trần 0,015 18 0,27 1,3 0,351 5 Bêtông chống thấm 0,02 25 0,5 1,1 0,55 Tổng cộng 4,22 4,75 b- Hoạt tải Dựa theo TCVN 2737 - 1995 ta có các hoạt tải sau: Bảng 2.