CHƯƠNG 1 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU 1. Khái quát chung Xuất phát từ đặc điểm công trình là khối nhà nhiều tầng, chiều cao công trình lớn, tải trọng tác dụng vào cộng trình tương đối phức tạp. Nên cần có hệ kết cấu chịu hợp lý và hiệu quả. Có thể phân loại các hệ kết cấu chịu lực như sau: + Nhóm các hệ cơ bản: Hệ khung, hệ tường, hệ lõi, hệ hép.
+ Nhóm các hệ hỗn hợp: Được tạo thành từ sự kết hợp giữa hai hay nhiều hệ cơ bản trên. Hệ khung chịu lực Hệ kết cấu thuần khung có khả năng tạo ra các không gian lớn, linh hoạt thích hợp với các công trình công cộng. Có sơ đồ làm việc rõ ràng nhưng lại có nhược điểm là kém hiệu quả khi chiều cao công trình lớn, khả năng chịu tải trọng ngang kém, biến dạng lớn. Trong thực tế kết cấu thuần khung BTCT được sử dụng cho các công trình có chiều cao 20 tầng với cấp phòng chống động đất 7, 15 tầng đối với nhà trong vùng có chấn động động đất đến cấp 8 và 10 tầng đối với cấp 9.
Hệ kết cấu vách và lõi cứng chịu lực Hệ kết cấu vách cứng có thể được bố trí thành hệ thống thành một phương, hai phương hoặc liên kết lại thành các hệ không gian gọi là lõi cứng. Đặc điểm quan trọng của loại kết cấu này là khả năng chịu lực ngang tốt nên thường được sử dụng cho các công trình có chiều cao trên 20 tầng. Hệ kết cấu khung - giằng (Khung và vách cứng) Hệ kết cấu khung giằng (khung và vách cứng) 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.
Hai hệ thống khung và vách được liên kết với nhau qua hệ kết cấu sàn trong trường hợp này hệ sàn liên SVTH: Trần Việt Anh 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ & CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG khối có ý nghĩa rất lớn. Hệ khung chủ yếu được thiết kế để chịu tải trọng thẳng đứng. Giải pháp kết cấu công trình 1. Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực chính Công trình cần thiết kế có: Diện tích mặt bằng tương đối lớn, mặt bằng đối xứng, hình dáng công trình theo phương đứng đơn giản không phức tạp.
Dựa vào các đặt điểm cô thể của công trình ta chọn hệ kết cấu chịu lực chính của công trình là hệ khung BTCT chịu lực. Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu sàn nhà Trong công trình hệ sàn có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc không gian của kết cấu. Ta xét các phương án sàn sau: a) Sàn sườn toàn khối Cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn. Ưu điểm: Tính toán đơn giản,chiều dày sàn nhỏ nên tiết kiệm vật liệu,do vậy giảm tải do tĩnh tải sàn.
Hiện nay đang được sử dụng phổ biến ở nước ta. 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. 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 bộ.Phù hợp cho nhà có hệ thống lưới cột vuông. Ưu điểm: 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.
Nhược điểm: SVTH: Trần Việt Anh 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ & CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG Không tiết kiệm, thi công phức tạp. c) Sàn không dầm (sàn nấm) Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột. Đầu cột làm mũ cột để đảm bảo liên kết chắc chắn và tránh hiện tượng đâm thủng bản sàn. Phù hợp với mặt bằng có các ô sàn có kích thước như nhau.
Ưu điểm: - Chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm được chiều cao công trình.Tiết kiệm được không gian sử dụng - Thích hợp với những công trình có khẩu độ vừa (6 8 m) và rất kinh tế với những loại sàn chịu tải trọng >1000 (kG/m2). Nhược điểm: - Chiều dày bản sàn lớn, tốn vật liệu. - Tính toán phức tạp, thi công khó. Kết luận: Từ các căn cứ trên: Em đi đến kết luận lựa chọn phương án sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối (sàn tựa lên dầm, dầm tựa lên cột).3: LỰA CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CÁC CẤU KIỆN: 1.1 - Chọn chiều dầy bản sàn: 1 1 1 1 h=( ÷ 16) .h = (90÷150) => ta chọn b=220mm 1.2 - Chọn kích thước tiết diện cột: Diện tích tiết diện cột xác định theo công thức SVTH: Trần Việt Anh 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ & CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG 𝑘𝑁 A=.
𝑅𝑏 + Rb: cường độ tính toán của bêtông, giả thiết bê tông dựng có cấp độ bền B20: R b 11,5 MPa 115 kG / cm 2 + k: hệ số kể đến ảnh hưởng của mô men. k = 1,0 ÷ 1,5 + N: lực nén lớn nhất tác dụng lên chân cột: N S q n + S: diện chịu tải của cột. + n: số tầng nhà. + q: tải trọng sơ bộ tính trên 1 m2 sàn ( lấy q = 1 T/m2 đối với nhà dân dụng) 𝐷 - Tính sơ bộ chiều dày bản sàn theo công thức: hb = .L1 𝑚 Trong đó : + hb : chiều dày bản sàn.
+ L1: chiều dài cạnh ngắn của ô bản. + D : hệ số phụ thuộc vào tải trọng D = (0,8 1,4). + m : Hệ số phụ thuộc vào loại bản, bản dầm m = (3035 ), bản kê m=(4045 ), bản công xôn m = (1018 ). - Dựa vào kích thước các cạnh của bản sàn ta phân các ô sàn ra làm 2 loại: + Các ô sàn có tỷ số các cạnh L2/L1 ≤ 2 ô sàn làm việc theo 2 phương (thuộc loại bản kê ).
+ Các ô sàn có tỷ số các cạnh L2/L1 2 ô sàn làm việc theo 1 phương (thuộc loại bản dầm). - Từ mặt bằng kết cấu ta xác định ô sàn có kích thước lớn nhất là: L2 x L1 = 4,5 x 3,9 (m) SVTH: Trần Việt Anh 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ & CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG 𝐿2 4,5 Xét tỉ số hai cạnh ô bản = = 1,15 < 2 nên bản thuộc loại bản kê. 𝐿1 3,9 Với loại bản kê m = (4045 ), ta chọn m=45 Với tải trọng trung bình, chọn D = 1,1. Chiều dày bản sàn: 𝐷 1,1 hb = .3 - Chọn kích thước tiết diện dầm: 1 Sơ bộ chọn chiều cao tiết diện dầm theo công thức: h L md + L : là nhịp của dầm đang xét.
+ md: hệ số, với dầm phụ md = 12÷16 ; với dầm chính md = 8÷12, và chọn giá trị lớn hơn với dầm liên tục và chịu tải trọng tương đối bộ. - Chọn tiết diện dầm a. Dầm nhịp AB (dầm hành lang) Có L = 2,8 m 1 1 1 1 h=( ÷ 12) .h = (90÷150) => ta chọn b=220mm b. Dầm nhịp BC (dầm trong phòng) Có L = 7,8 m 1 1 1 1 h=( ÷ ) .h = (210÷350) => ta chọn b=220mm.
Dầm dọc nhà Có L = 4,5 m 1 1 1 1 h=( ÷ 20) .h = (90÷150) => ta chọn b=220mm. Dầm phụ Có L = 4,5 m SVTH: Trần Việt Anh 18 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ & CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG Diện chịu tải cột 1.4 Xác định sơ bộ tiết diện cột trục B: Ta có diện chịu tải lớn của cột trục B : Sb = 4,5.1474,2 Ta có diện tích yêu cầu: Ayc = = (1282 ÷ 1923) 1,15 SVTH: Trần Việt Anh 19 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ & CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG Chọn sơ bộ tiết diện cột : bxh = 30x55 = 1650 cm2 1.5 Xác định sơ bộ tiết diện cột trục C: Ta có diện chịu tải lớn của cột trục C : Sb = 4,5.1053 Ta có diện tích yêu cầu: Ayc = = (915 ÷ 1373) 1,15 Chọn sơ bộ tiết diện cột : bxh = 30x55 = 1650 cm2 Cột trục C có diện chịu tải Sc nhỏ hơn diện chịu tải của cột trục B, để thiên về an toàn và định hình hóa ván khuôn, ta chọn kích thước tiết diện cột trục C bằng với cột trục B là (bxh = 30x55 cm) 1.6 Xác định sơ bộ tiết diện cột trục A: Ta có diện chịu tải lớn của cột trục A : Sb = 4,5.378 Ta có diện tích yêu cầu: Ayc = = (313 ÷ 470) 1,15 => Diện tích cột trục A khá nhỏ để thuận tiện cho việc chọn ván khuôn ta chọn sơ bộ tiết diện cột: bxh = 22x22 = 484 cm2 > 470 cm2. Càng lên cao lực dọc càng giảm nên ta chọn kích thước tiết diện cột như sau: + cột trục B và C có kích thước bc x hc = 30 x 55 (cm) cho cột tầng 1, 2 và tầng 3. bc x hc = 30 x 45 (cm) cho cột tầng 4, 5 và tầng 6.
+ Cột trục A có kích thước bcxhc = 22x22 cm từ tầng 1 lên tầng 6. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN HỆ KẾT CẤU 1. Lựa chọn sơ đồ tính - Với độ chính xác cho phép và phù hợp với khả năng tính toán hiện nay, đồ án sử dụng sơ đồ đàn hồi, và sơ đồ khớp dẻo hệ sàn sườn BTCT toàn khối. Tải trọng đứng - Tải trọng thẳng đứng trên sàn gồm tĩnh tải và hoạt tải.
- Tải trọng chuyển từ tải sàn vào dầm rồi từ dầm vào cột. SVTH: Trần Việt Anh 20 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ & CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG - Tải trọng truyền từ sàn vào khung được phân phối theo diện truyền tải: l Với bản có tỷ số 2 2 thì tải trọng sàn được truyền theo hai phương: l1 Trong tính toán để đơn giản hóa người ta qui hết về dạng phân bố đều để cho dễ tính toán - Với tải trọng phân bố dạng tam giác qui về tải trọng phân bố đều theo CT: 5 l1 qtd = g b +p b . với gb và pb: là tĩnh tải và hoạt tải bản. 8 2 - Với tải trọng phân bố dạng hình thang quy về tải trọng phân bố theo công l l thức: qtd =k.qmax= 1-22 +3 (gb + qb) 2 với = 1 2 2l2 Bao gồm trọng lượng bản thân kết cấu và các hoạt tải tác dụng lên sàn, mái.