THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH KHÁCH SẠN 4 SAO HOTEL MA BELLE

như mục II.1.c c Xác nhận loại cấu kiện theo qui định của tiêu chuẩn BS 8110 d Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng trong giai đoạn tính toán tổng thể phần thân công trình.. C

CÔNG TRÌNH KHÁCH SẠN 4 SAO HOTEL MA BELLE

Đà Nẵng, tháng 10 năm 2016

THUYẾT MINH THIẾT KẾ

TUYẾT LIÊN SƠN

Giám đốc

ĐƠN VỊ TƯ VẤN CÔNG TY TNHH MTV

TƯ VẤN & XÂY DỰNG A.S.P.T

Giám đốc

Lê Viết Thành

CHỦ TRÌ PHẦN THIẾT KẾ KẾT CẤU: THS KS LÊ VIẾT THÀNH

ĐÀ NẴNG – THÁNG 10 NĂM 2016

II LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHO HỆ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

II.1 Nghiên cứu đặc điểm kiến trúc và lựa chọn các giải pháp hợp lý về

dạng kết cấu và vật liệu cho phần thân công trình

II-1

II.2 Nghiên cứu tình hình địa chất tại khu vực xây dựng và đặc điểm hệ

kết cấu công trình, từ đó lựa chọn các giải pháp hợp lý về dạng kết

cấu và vật liệu cho phần móng công trình

II-5

III THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN THÂN CÔNG TRÌNH

III.1 Qui trình tính toán kết cấu phần thân công trình

a) Nêu qui trình thiết kế kết cấu phần thân công trình

b) Nêu các điều kiện cần phải thỏa mãn đối với hệ kết cấu:

 Đối với tổng thể kết cấu phần thân công trình

 Đối với riêng phần kết cấu sàn bê tông ứng lực trước

III-1

III.2 Danh mục các loại số liệu đầu vào và kết quả tính toán III-4 a) Số liệu về yêu cầu chống cháy (theo BS 8110)

b) Số liệu về các loại vật liệu sử dụng vào kết cấu phần thân công

trình và phần sàn bê tông dự ứng lực (như mục II.1.c)

c) Xác nhận loại cấu kiện (theo qui định của tiêu chuẩn BS 8110)

d) Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng trong giai đoạn tính

toán tổng thể phần thân công trình

e) Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng trong giai đoạn tính

toán sàn bê tông dự ứng lực

III.3 Các nội dung chi tiết trong phần tính toán KC phần thân công trình:

a) Các bảng tính và kết quả tính toán hệ kết cấu tổng thể:

 Các bảng số về các trường hợp tải trọng lên công trình

 Các biểu đồ và bảng số thể hiện kết quả tính toán

b) Các bảng tính và kết quả tính toán phần sàn bê tông dự ứng lực

III-12

III-42

IV THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN MÓNG CÔNG TRÌNH

IV.2 Xác định sức mang tải của cọc IV-1 IV.3 Bố trí cọc vào đài và thiết kế đài cọc IV-8



I CƠ SỞ TÍNH TOÁN

I.1 Các tiêu chuẩn, tài liệu được sử dụng và tham khảo

Bao gồm:

[1] TCVN 2737-1995: Tiêu chuẩn về tải trọng và tác động

[2] TCXD 229-1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng

[5] TCVN 9362-2012: Tiêu chuẩn về thiết kế nền nhà và công trình

[6] TCVN 9379-2012: Kết cấu xây dựng và nền-Nguyên tắc cơ bản tính

toán

[7] TCXDVN 5575-2012: Kết cấu thép Tiêu chuẩn thiết kế

[8] TCVN 10304-2014: Móng cọc, Tiêu chuẩn thiết kế

[9] QCVN 02: 2009/BXD: Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng Các thông tin đi kèm sản phẩm neo, cáp, ống gen của các hãng OVM và một

số hãng khác (Thái Lan, Trung Quốc…) có tính năng tương đương

và các tài liệu về các tiêu chuẩn thiết kế nổi tiếng của nước ngoài như Eurocode: EC3, EC5 và UBC, AISC,…

 Cấp động đất thiết kế: Theo qui định của tiêu chuẩn TCXDVN

9386-2012, trị số gia tốc nền thiết kế lấy theo Quận Sơn Trà, Thành Phố Đà Nẵng có ag/g=0,0918

 Cấp gió tính toán: áp dụng theo bản đồ phân vùng gió tại quận Sơn

Trà, Thành Phố Đà Nẵng (Theo QCVN 02: 2009/BXD) là thuộc vùng gió III-B, Wtc=125 kG/m2

 Tĩnh tải và hoạt tải lấy theo TCVN 2737-1995

Nếu các vấn đề có liên quan trong hồ sơ thiết kế này (về vật liệu và cách bảo quản vật liệu, qui trình thi công, nghiệm thu…) không ghi rõ là theo tiêu chuẩn nào thì ngầm được hiểu là tuân theo các qui định trong tiêu chuẩn BS 8110-97

I.2 Các công cụ tính toán (phần mềm, phương pháp tính toán) sử dụng

Bao gồm:

 SAP2000 hoặc ETABS của hãng phần mềm CSI (Hoa kỳ)

 AUTOCAD release 2004 của hãng AUTODESK

Và một số đoạn chương trình do chính tác giả tự lập ra để tính toán tải trọng lên công trình (gió động, động đất,…), tính toán cốt thép trong các cấu kiện bê tông cốt thép (CD by VNSTAND), tính móng nông, …

I.3 Các tài liệu liên quan do chủ đầu tư cung cấp

Gồm các tài liệu do Chủ đầu tư sau:

[1] Báo cáo khảo sát địa chất của công trình

[2] Bản vẽ phần kiến trúc và các tài liệu liên quan khác đến hạng mục công trình đang thiết kế phần kết cấu

I.4 Tiêu chí thiết kế

Yêu cầu của chủ đầu tư về việc thiết kế phần kết cấu hạng mục công trình:

Chúng tôi tiến hành tính toán thiết kế phần kết cấu công trình với nội dung nhiệm

vụ cụ thể là đưa ra phương án và tính toán toàn bộ kết cấu phần móng và phần thân công trình

Tiêu chí thiết kế: Đưa ra phương án và tính toán toàn bộ kết cấu từ móng tới mái

sao cho vừa đảm bảo mức độ an toàn theo yêu cầu của quy chuẩn Việt Nam đã qui định,

và vừa phải đảm bảo các tiêu chí:

1) Đảm bảo giá thành xây dựng phần thô ở mức độ tiết kiệm nhất (thể

hiện thông qua việc giảm tổng số tiền vật liệu sắt thép, bê tông cũng như tiền nhân công xây dựng công trình đến mức độ hợp lý nhất)

2) Phương án kết cấu phải cho tốc độ thi công nhanh nhất Muốn vậy, biện

pháp này phải đơn giản, khối lượng công việc cốp pha, cốt thép ít

3) Phải đảm bảo tất cả các yêu cầu về kiến trúc và hệ thống M&E

4) Phải phù hợp với năng lực thi công của nhà thầu tại Đà Nẵng



II LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHO HỆ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

II.1 Nghiên cứu đặc điểm kiến trúc và lựa chọn các giải pháp hợp lý về dạng kết cấu và vật liệu cho phần thân công trình

a) Nhận xét chung về đặc điểm kiến trúc của hạng mục công trình (về hình khối, mặt bằng, hình dạng nhà theo phương đứng)

Hạng mục công trình đang thiết kế là một khối nhà gồm 26 tấm sàn, trong đó có 2 tầng hầm bằng bê tông cốt thép

Tên các tầng từ dưới lên lần lượt là: tầng hầm 2, tầng hầm 1, tầng 1 đến tầng 23, tầng kỹ thuật và tầng mái Đỉnh cao nhất của công trình tính từ mặt đất thiên nhiên có cao

độ là 87,25m (so với cốt đất thiên nhiên) Do vậy, công trình này thuộc dạng nhà cao tầng, với tỷ lệ H/B = 93,25/22,2 = 4,20 Với dạng công trình này, kích thước của hệ thống cột vách cần phải tương đối lớn để đảm bảo phải khống chế được chuyển vị ngang ở đỉnh công trình trong trường hợp gió bão hay động đất xuất hiện

* Chú ý: trong trường hợp nhà có độ mảnh lớn, nếu hệ thống cột vẫn không đủ cứng để khống chế chuyển vị ngang ở đỉnh nằm trong giới hạn cho phép thì sau này, toàn

bộ các tường xây trên sàn sẽ bị nứt

b) Lựa chọn hệ kết cấu chịu lực chính và hệ kết cấu dầm-sàn cho phần thân hạng mục công trình

Căn cứ vào đặc điểm của kiến trúc công trình, chúng tôi đã đề xuất dùng giải pháp kết cấu như sau:

1 Với đặc điểm và quy mô của một công trình có 26 tấm sàn, với các ô sàn điển hình của các tầng có kích thước khá lớn, giải pháp kết cấu phần thân phù hợp là sử dụng hệ thống cột vách kết hợp liên kết với hệ thống dầm- sàn bằng bê tông dự ứng lực để làm kết cấu phần thân tòa nhà

2 Ngoài ra, chúng tôi còn bố trí các dầm bo nhằm tăng độ cứng tổng thể theo nhà, đồng thời, tăng độ hiệu quả của phương án cáp sàn

3 Với nhịp sàn khá lớn, với tải trọng tác dụng lên mặt sàn rất lớn nên giải pháp bê tông dự ứng lực gần như là giải pháp phù hợp nhất cho công trình này Trong đó chúng tôi lựa chọn tất cả các sàn từ tầng 2 đến tầng mái dùng sàn phẳng dự ứng lực, có chiều dày thay đổi tạo thành một số dải sàn để tăng cường hiệu lực của cáp dự ứng lực khi nhịp sàn khá lớn, vừa tăng cường độ cứng chống lực ngang cho toàn công trình Hình ảnh của hệ sàn theo giải pháp vừa trình bày đã được sử dụng trong nhiều công trình có đặc điểm kiến trúc tương tự, và được miêu tả trong hình kết cấu sàn của công trình Novotel Sông Hàn tại thời điểm đang thi công ở dưới đây (hình II.2)

Hình II.2: Thi công cáp sàn ở công trình Novotel Sông Hàn theo phương án của chúng tôi thiết kế

4 Về việc lựa chọn giải pháp thiết kế cáp sàn dự ứng lực, chúng tôi cân nhắc giữa 2 loại hệ thống dùng cáp dự ứng lực:

Loại 1: Cáp loại không kết dính (unbonded system) đặt từng sợi

trong võ bọc bằng nhựa, Ví dụ như phương án cáp dự ứng lực không dính kết trong hình bên dưới

Phương án nêu trên có nhược điểm là:

 Sàn dùng cáp không kết dính thường phải dùng lượng thép thường (mild steel) nhiều hơn sàn dùng cáp kết dính

 Loại cáp không kêt dính thường có mật độ rải cáp rất dày (các đường cáp cách nhau khoảng 400 mm) trong khi sàn bị khoét

rất nhiều lỗ kỹ thuật, do vậy rất không hợp với đặc điểm của sàn có nhiều lỗ kỹ thuật

 Với dạng cáp không dính kết, nếu xảy ra cháy sẽ làm hỏng đầu kích, khiến công trình bị sập tức thì hết sức nguy hiểm

Loại 2: Cáp loại có kết dính (bonded system) đặt từng bó từ 2 đến 5

sợi trong ống ghen bằng tole mạ kẽm, có ưu điểm là:

 Lượng thép thường sử dụng ít, thậm chí có nơi không cần dùng thép thường

 Mật độ rải cáp thưa, dễ tránh được các lỗ kỹ thuật

 Khi có cháy nổ xảy ra thì công trình chỉ bị hư hỏng cục bộ chứ không sập đổ

Nhược điểm: tốn thêm tiền bơm vữa

Tuy nhiên, xét về tổng thể giá thành giữa 2 phương án thì cáp có dính kết (loại 2) vẫn tiết kiệm hơn so với dùng loại cáp không dính kết (loại 1) Điều này đã được khẳng định qua nhiều công trình thực tế và được các tạp chí về dự ứng lực kết luận như sau (trích nguyên văn bằng tiếng Anh):

“

Why a bonded system?

This is another question that arises Why do we use bonded tendons? Well there are a number of advantages; higher flexural capacity, good flexural crack distribution, good corrosion protection, and flexibility for later cutting of penetrations and easier demolition

However there are some disadvantages such as an additional operation for grouting and

a more labour intensive installation

However, the main reason why bonded tendons are preferred relates to the overall cost

of the structure and not just of the post-tensioning With unbonded tendons it is usual to have a layer of conventional reinforcement for crack control Using bonded tendons there is no such requirement and therefore the overall price of bonded post-tensioning and associated reinforcement is less than for bonded tendons For unbonded tendons the post-tensioning price may be less, but the overall cost of reinforcing materials is greater.”

Và cuối cùng chúng tôi đã chọn dùng cho tất cả các vị trí có dùng sàn phẳng dự ứng lực trong công trình này đều theo giải pháp sàn phẳng dự ứng lực căng sau theo kiểu có dính kết (bonded post-tensioning slab system) (loại 2) Và

để an tâm về khả năng chống cháy của kết cấu bê tông dự ứng lực, có thể tham khảo thêm tài liệu “Post-tensioned Slab” của hãng thiết kế-thi công kết cấu dự ứng lực hàng đầu thế giới VSL Trong đó có ghi rõ:

“

4.5 Fire resistance

In a fire, post-tensioned slabs, like ordinarily reinforced slabs, are at risk principally on account of two phenomena: spalling of the concrete and rise of temperature in the steel Therefore, above all, adequate concrete cover is specified for the steel (see Chapter 5.1.4.)

The fire resistance of post-tensioned slabs is virtually equivalent to that of ordinarily reinforced slabs, as demonstrated by corresponding tests The strength of the prestressing steel does indeed decrease more rapidly than that of ordinary reinforcement

as the temperature rises, but on the other hand in post-tensioned slabs better protection

is provided for the steel as a consequence of the uncracked cross-section

The behaviour of slabs with unbonded posttensioning is hardly any different from that of slabs with bonded post-tensioning, if the

appropriate design specifications are followed The failure of individual unbonded tendons can, however, jeopardize several spans This circumstance can be allowed for by the provision of intermediate anchorages From the static design aspect, continuous systems and spans of slabs with lateral constraints exhibit better fire resistance

An analysis of the fire resistance of posttensioned slabs can be carried out, for example, according to [43].”

5 Một trong những vấn đề ảnh hưởng quyết định đến chi phí xây dựng và tốc

độ thi công hệ kết cấu dầm sàn của công trình là cách bố trí cáp sàn trên mặt bằng (tendon layout), cách xác lập các cao độ của đường cáp (tendon profile) và lựa chọn số lượng tao cáp trong bó cáp Với công trình này,

chúng tôi đã phối hợp sử dụng cách bố trí cáp theo kiểu “Band Tendon” với việc sử dụng các dầm bo có chiều cao lớn để giảm chi phí và tăng tốc độ thi công hệ dầm sàn dự ứng lực trong công trình

c) Lựa chọn vật liệu cho kết cấu phần thân hạng mục công trình

Để tối ưu hóa hệ thống kết cấu phần thân của công trình, ngoài các giải pháp về bố trí kết cấu tổng thể công trình như đã nêu ở phần b, chúng tôi còn sử dụng các giải pháp lựa chọn vật liệu như sau: Chúng tôi chọn sử dụng bê tông cấp độ bền B45 (Mác 600) cho toàn bộ kết cấu cột, vách và bê tông cấp độ bền 40 (Mác 500) cho hệ dầm sàn và móng của công trình và cốt thép nhóm AIII cho đa số các cấu kiện phần thân công trình

+ Với riêng phần sàn dự ứng lực, lựa chọn vật liệu cụ thể như sau:

Các dầm và sàn dự ứng lực đều bằng bê tông B40 (tương đương bê tông mác 500), dùng loại cáp 12,7mm có độ chùng thấp theo chuẩn ASTM416-270 Low relaxation được thiết kế theo kiểu kết dính (Bonded system) đặt thành từng bó từ 3 đến 5 sợi (tao cáp) trong ống gen bằng tôn sóng

Thống nhất dùng loại neo của hãng OVM (hoặc các loại khác tương đương xuất

xứ từ Malaysia, Thái Lan,…), tất cả các thông số kỹ thuật đều được lấy theo cataloge của hãng OVM (nếu chủ đầu tư dùng loại đầu neo khác thì cần yêu cầu nhà thầu thi công cáp

dự ứng lực kiểm tra lại các kích thước liên quan trước khi tiến hành lắp đặt-thi công) Loại nêm, ống gen và kích chọn dùng phải đồng bộ với neo đang sử dụng

 Bê tông: Dùng loại bê tông M500 và tại thời điểm căng kéo là fcui =80% fcu

 Xi măng: Dùng loại xi măng đông cứng bình thường (có dùng phụ gia), sự phát triển cường độ và các tính chất từ biến, co ngót được tính theo qui phạm CEB-FIP Điều kiện thi công như sau:

o Độ ẩm (relative humidity): RH = 70%

o Nhiệt độ: T = 300C

 Cáp dự ứng lực: loại 12,7 mm có độ chùng thấp lấy theo tiêu chuẩn ASTM 416-270 với các thông số Aps= 0,987 cm2, fpu = 1860 Mpa, fpy = 1670 Mpa, trọng lượng 0,775 kG/m Esp= 1,95e5 Mpa, các hệ số ma sát K=0,003 1/m

và  = 0,3 (riêng ma sát ở đầu neo sẽ do đơn vị thi công cáp tự tính toán thêm vào), độ tụt neo tại đầu neo sống: 6 mm, ở đầu neo chết (dead end) bằng 0 Độ giãn dài nhất sau 1000 giờ (41 ngày) tại điều kiện 200C, với lực kéo 70%Pu là 2,5%, và với 80%Pu là 4,5%

 Cốt thép thường:

 Cốt thép có   10 mm dùng thép AIII có gờ (hoặc loại SD390), có cường độ tính toán Rs = 365 Mpa, Eb = 2,1x105 Mpa, giới hạn chảy tiêu chuẩn tối thiểu là fy=390 Mpa, giới hạn bền là fu = 600 Mpa

 Cốt thép có  < 10 mm dùng thép AI, có cường độ tính toán Rs = 225 Mpa, Eb = 2,1x105 Mpa

 Hệ thống neo: Thống nhất dùng loại neo của hãng OVM hay các loại khác tương đương của Trung Quốc, Thái Lan,… Tất cả các thông số kỹ thuật đều được lấy theo cataloge của OVM, cụ thể là: Đoạn tụt neo (Anchor slip):

6 mm, hệ số ma sát giữa neo và cáp: 0,03 , loại nêm, ống gen và kích chọn một cách tương ứng

Việc sử dụng các thông số nói trên vào tính toán sàn dự ứng lực được trình bày kỹ trong phần thuyết minh tính sàn dự ứng lực ở phần sau thuyết minh này

Ghi chú: hiện nay, tại thị trường Việt Nam đã có nhiều hệ thống neo cáp của các hãng khác nhau để chủ đầu tư lựa chọn như cáp neo của VSL, OVM (Trung Quốc), SF (úc), Thái Lan,… và cũng có rất nhiều nhà thầu thi công phần cáp nên rất dễ cho chủ đầu

tư chọn lựa

II.2 Nghiên cứu tình hình địa chất tại khu vực xây dựng và đặc điểm hệ kết cấu công trình, từ đó lựa chọn các giải pháp hợp lý về dạng kết cấu và vật liệu cho phần móng công trình

Theo các phân tích kết cấu phần thân bên trên cho thấy tải trọng truyền xuống ở các chân cột & vách khá lớn, công trình lại mảnh nên chúng tôi chọn phương án móng cọc nhằm vừa đảm bảo điều kiện chống lún cho móng, vừa tăng khả năng chống lật đổ cho công trình và giảm chi phí xây dựng phần móng Phương án móng cọc khoan nhồi được sử dụng để thỏa mãn các tiêu chí trên

Công trình có 2 tầng hầm, chiều sâu từ mặt đất tự nhiên đến đáy hầm là 6,0m Chiều cao đài móng là 3,5 m gần chu vi tầng hầm thì chiều sâu đào đất ở gần chu vi nhà

là (6,0 + 3,5 + 0,1) = 9,6 m Với độ sâu hố đào là – 9,60 m, đơn vị thiết kế đề xuất sử dụng phương án tường vây Barrette để giữ thành hồ đào trong quá trình thi công phần móng và tầng hầm

Các cọc khoan nhồi được bố trí thành từng nhóm tập trung dưới chân cột Riêng ở dưới lõi, giữa các đài cọc được nối với nhau bằng các giằng móng bê tông cốt thép tạo thành một hệ thống liên tục và vững chắc nâng đỡ công trình



III THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN THÂN CÔNG TRÌNH

III.1 Qui trình tính toán kết cấu phần thân công trình

a) Nêu qui trình thiết kế kết cấu phần thân công trình

Chúng tôi kiến nghị dùng qui trình tính toán-thiết kế công trình như sau:

 Bước 1: Dự định phương án bố trí cấu kiện (cột, dầm, sàn, móng,…)

 Bước 2: Phân tích tổng thể công trình bằng ETABS dựa trên mô hình kết cấu không gian tổng thể để kiểm tra đặc trưng dao động của công trình, xác định lại trị số tải trọng gió lên công trình Sau đó tiến hành bài toán thiết kế (hay kiểm tra lại) lượng cốt thép cột , dầm, móng… Đồng thời cũng thiết kế luôn lượng cốt thép mềm trong sàn

 Bước 3: Vẽ bản vẽ kỹ thuật thi công và thống kê tổn hao vật liệu cho phương án kết cấu đang thực hiện

Trong bước 2, sử dụng các thông số về vật liệu, tải trọng, tổ hợp tải trọng,… theo các điều đã nêu trong phần xác định tải trọng trong thuyết minh này

Trong bước phân tích và thiết kế tổng thể kết cấu (bước 2), giải pháp thiết kế là:

Theo qui trình thiết kế kết cấu thông thường hiện nay, chúng tôi chia việc thiết kế kết cấu phần thân thành 2 giai đoạn

 Phân tích kết cấu (Analysis): để xác định chuyển vị tại các vị trí trong

công trình, nội lực trong các phần tử dầm, cột, giằng,… và ứng suất, nội lực trong các tấm tường, vách, sàn

 Thiết kế (hay kiểm tra) các cấu kiện (Design and check of structure):

thực chất là dùng kết quả nội lực và ứng suất trong các phần tử tính được từ giai đoạn phân tích kết cấu để thực hiện bài toán thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép và thép Kết quả của giai đoạn này là lượng cốt thép yêu cầu tại các vị trí của các cấu kiện bê tông cốt thép và chọn được kích thước của các thanh thép của dàn mái cũng như các mối liên kết giữa các cấu kiện này

Ở giai đoạn phân tích kết cấu, trước hết chúng tôi xây dựng mô hình phần tử hữu hạn gồm các phần tử dạng thanh (phần tử Frame - để thay thế cho các cấu kiện dầm, cột

và các thanh giằng) và tấm (phần tử Shell – dùng để thay thế cho các cấu kiện sàn, vách, lõi,…) được nối với nhau ở các điểm nút (joint) tạo thành một hệ không gian ngàm vào móng (trong đó tương tác giữa đất và tường tầng hầm được thay thế bởi các liên kết đàn hồi (spring) theo phương ngang) làm mô hình kết cấu để thay thế một cách tượng trưng cho hệ kết cấu thật trong các tính toán Sau đó dùng phần mềm thiết kế nhà cao tầng chuyên dụng có độ tin cậy rất cao của hãng CSI là ETABS để phân tích kết cấu

Kết quả nội lực và ứng suất tớnh được trong cỏc phần tử của mụ hỡnh sau khi phõn tớch xong kết cấu bằng 3 phần mềm núi trờn được dựng để thiết kế cấu kiện theo 2 hướng:

 Hướng 1: Xuất (export) cỏc kết quả nội lực và ứng suất tớnh được bằng SAP2000 14.1 sang file dữ liệu theo định dạng ACCESS (*.mdb) rồi dựng chương trỡnh CD BY VNSTAND để tổ hợp lại nội lực theo cỏc qui định trong tiờu chuẩn TCVN 2737-1995 Sau đú dựng kết quả tổ hợp này để thiết

kế cỏc cấu kiện theo TCXDVN 356-2005 theo qui trỡnh như hỡnh vẽ bờn trờn

 Hướng 2: Dựng ngay chức năng tổ hợp và thiết kế cú sẵn trong phần mềm ETABS để thiết kế cỏc cấu kiện của nhà theo tiờu chuẩn BS8110-97 với một số điều chỉnh cần thiết nhằm đưa kết quả tớnh được bằng cỏc phần

Xuất số liệu về dạng ddr vào “Nha_cao_tang”

và tính tải trọng gió động và động đất Nhập gió động và động đất vào mô hình trong etabs

Dùng etabs phân tích kết cấu lần 2

Có kết quả nội lực trong khung và vách Thiết kế cốt thép cho khung

và vách bằng etabs theo ACI (theo kiểu TCVN)

Kết quả là cốt thép khung_(etabs) và vách_(etabs)

Export Mô hình trong Sap

Dùng SAP2000 phân tích kết cấu

Có kq nội lực trong Sàn, khung và vách Thiết kế cốt thép cho khung bằng SAP theo ACI (theo kiểu TCVN)

Kết quả là cốt thép trong khung_(SAP)

Export Thiết kế cốt thép cho sàn, khung, vách theo TCVN bằng CD BY VNSTAND

Kết quả cốt thép trong sàn_(cd2), khung_(cd2)

mềm này phù hợp hơn với tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 356-2005, TCVN 5575-1991 Các kết quả này dùng để tham khảo là chính

Trong đó chương trình CD BY VNSTAND là sản phẩm của đề tài nghiên cứu khoa học cấp Đại học Đà Nẵng, mang mã số T03-45-56 do Thạc sĩ Lê Viết Thành thực hiện,

đã được nghiệm thu đưa vào sử dụng từ tháng 12 năm 2003, được điều chỉnh lại theo tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005 từ năm 2007 Kết quả áp dụng vào công trình chủ yếu theo hướng thứ hai, có tham khảo thêm kết quả tính theo hướng một và các kinh nghiệm thiết kế của bản thân tác giả, đồng thời có so sánh, đối chiếu với một số công trình đã được xây dựng ở Đà Nẵng, Nha Trang, Đắclăk, tp Hồ Chí Minh, …

Trong bước phân tích và thiết kế riêng từng sàn bê tông dự ứng lực (bước 3), giải pháp thiết kế là :

Tính toán sàn dự ứng lực dựa trên 2 mô hình:

 Mô hình 1: Dùng mô hình làm việc chung trong toàn bộ hệ kết cấu nhằm kiểm tra và thiết kế lại lượng thép thường trong sàn khi chịu cả tải trọng thẳng đứng trên sàn (tỉnh tải, hoạt tải) và tải trọng ngang (gió, động đất), ngoài ra còn kể cả ảnh hưởng của mô men thứ cấp do việc căng cáp sinh ra trong kết cấu Chương trình phục vụ cho việc tính toán theo mô hình này được sử dụng là Sap2000 Sử dụng mô hình này chủ yếu để tính được lượng cốt thép thường phụ thêm cho cáp trong sàn các tầng và kiểm tra lại

sự an toàn của các cấu kiện dầm, cột, vách trong kết cấu tổng thể

 Mô hình 2: Dùng chương trình tính sàn bê tông (và sàn bê tông dự ứng lực) chuyên nghiệp để tính dựa trên sơ đồ chi tiết làm việc riêng từng sàn nhằm thiết kế kỹ hơn về việc đặt cáp, tính toán chi tiết về độ giãn dài của từng bó cáp và chiều dài từng bó Trong đó có xét đến tải trọng ngang truyền vào sàn lấy từ kết quả của việc phân tích theo mô hình thứ nhất

b) Nêu các điều kiện cần phải thỏa mãn khi thiết kế kết cấu phần thân

b1) Đối với tổng thể kết cấu phần thân công trình

TCVN yêu cầu hệ kết cấu tổng thể của phần thân công trình phải thỏa mãn các điều kiện là:

 Điều kiện độ bền và độ dẻo: tất cả các cấu kiện chịu lực chính như vách, lõi, dầm, cột và các mắt khung phải đảm bảo được điều kiện độ bền và độ dẻo theo yêu cầu của cấp kháng chấn đề ra

 Điều kiện về giới hạn chuyển vị ngang tải đỉnh công trình: với dạng kết cấu khung-vách, chuyển vị ngang cực đại fđỉnh không được vượt quá: fđỉnh 

h/500

b2) Đối với riêng phần kết cấu sàn bê tông dự ứng lực

Đối với hệ sàn bê tông dự ứng lực, cần có thêm các điều kiện kiểm tra về độ võng,

về ứng suất như sau:

 Điều kiện về độ võng: độ võng cho phép của sàn khoảng L/300 đến L/500

và không nên lớn hơn 20 mm trong hoàn cảnh làm việc bình thường (service)

 Điều kiện kiểm tra ứng suất: theo các qui định sau:

+ Trong bê tông: Với bê tông M500: fcui = 0,75 fcu = 36,67 Mpa

Lúc căng cáp (init)-Mpa Lúc làm việc (service)-Mpa

+ Trong cáp dự ứng lực:

 Trong quá trình dùng kích để kéo: < 0.9 fpy = 0,9*1580 = 1420 MPa

 Khi vừa khóa neo (Draw-in): < 0,7 fpu = 0,7*1860 = 1300 MPa

 Khi làm việc trong điều kiện bình thường (service): < min (0,8fpy , 0,7fpu) = min(0,8*1670, 0,7*1860) = 1300 MPa

III.2 Danh mục các loại số liệu đầu vào và kết quả tính toán

a) Số liệu về yêu cầu chống cháy (theo BS 8110)

Được lấy theo BS8110-1995, phần 2, mục 4 với yêu cầu chống cháy 1 giờ

b) Số liệu về các loại vật liệu sử dụng vào kết cấu phần thân công trình và phần sàn bê tông dự ứng lực

Được trình bày trong mục II.1.e

c) Xác nhận loại cấu kiện (theo qui định của tiêu chuẩn BS 8110)

Xác định sàn nhà thuộc loại cấu kiện loại 2 theo tiêu chuẩn BS 8110-1997, tức là loại cấu kiện không cho phép nứt trong quá trình sử dụng (tổ hợp service)

d) Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng trong giai đoạn tính toán tổng thể phần thân công trình:

d1) Các trường hợp tải trọng (loadcase)

Phân chia tải trọng lên công trình thành các trường hợp tải trọng là:

i) Tỉnh tải: gồm các tải trọng có nguồn gốc là:

 Tải trọng bản thân của các kết cấu chịu lực (dầm, cột, giằng, sàn, vách,…)

 Tải trọng của tường xây trên dầm và các bộ phận kết cấu bao che khác như lam, khung trang trí,… tác dụng vào dầm dưới dạng lực phân bố theo chiều dài dầm hay lực tập trung vào các vị trí mắt khung Trong trường hợp tường được xây trực tiếp trên tấm sàn không dầm thì tải trọng của tường lên sàn trong các mô hình phân tích kết cấu cũng được quy về tải trọng phân bố theo đường thẳng (line load)

 Tải trọng phân bố trên mặt sàn do các lớp cấu tạo mặt sàn gây ra (gạch men, vữa trát, ) ở dạng lực phân bố trên diện tích mặt sàn

ii) Hoạt tải: gồm các tải trọng sinh ra do quá trình sử dụng công trình, tác dụng

phân bố trên mặt sàn ở dạng lực phân bố trên diện tích Theo TCVN 2737-1995 qui định

về hoạt tải như sau: Giá trị hoạt tải không đáng kể so với tĩnh tải nên ta không cần chất

hoạt tải theo các vị trí bất lợi như cách tầng, cách nhịp… mà có thể chất một trường hợp hoạt tải lên toàn bộ diện tích sàn các tầng

iii) Các trường hợp tải GIÓ (tĩnh ) theo phương X+ (và Y+):

Công trình xây ở quận Sơn Trà, Thành Phố Đà Nẵng thuộc vùng gió III-B

(Theo QCVN 02: 2009/BXD), có Wo tc = 125 kG/m2,hệ số độ tin cậy của tải gió là 1,37 (đối với nhà có thời hạn sử dụng  100 năm) Vì chiều cao đỉnh công trình là > 40 m nên

ta cần phải xét thêm thành phần động của gió

Cần xét tác động của gió vào công trình theo 4 hướng: hướng ngang nhà (hướng

Y+ và Y-) và hướng dọc nhà (hướng X+ và X-) Xây dựng mô hình tính kết cấu nhà cao tầng nói trên trong hệ trục Oxyz, xác định các trường hợp gió tĩnh và động theo phương ngang và dọc theo các hướng dẫn trong TCVN 2737-1995 và TCXD 229-1999 (tính tải trọng gió động theo phương pháp qui về tải trọng tĩnh tương đương theo các kết quả phân tích động lực học công trình)

+ Xác định trường hợp gió tĩnh:

Tải trọng gió tác dụng lên tường bao rồi truyền lên mép sàn dưới dạng tải trọng phân bố dọc theo chu vi mép sàn

Áp lực gió tính toán (vùng gió III-B) là : W0tt  1,37 W0tc ; [kG/m2]

Xét sàn của tầng thứ j ( j  1 , N ), chiều cao đón gió của tầng này là hj, cao độ của tầng là zj Theo TCVN 2737 : 1995 , Giá trị tính toán của tổng tải trọng gió tĩnh tác dụng vào sàn thứ j là Wtj, trong trường hợp nhà có mặt bằng hình chữ nhật, hệ số khí động C ở mặt gió đẩy là +0.8, ở mặt gió hút là -0,6, do vậy tính Wtj đơn giản theo công thức sau:

 h b 0 , 8 h b 0 , 6  W k  h b 1 , 4  W k A 1 , 4

k W

Wtjtt  0tt j j j  j j  0tt j j j  0tt j j , [kG]

Trong đó:

 kj – hệ số độ cao ứng với mức sàn j được tra bảng theo TCVN 2737-1995

 hj – chiều cao cản gió của tầng j

 bj – chiều dài cản gió của tầng j

 Aj – diện tích phần cản gió của tầng j

 1,4 = (0,8 + 0,6) là tổng giá trị của hệ số khi động C

+ Xác định các trường hợp gió động:

Vì chiều cao nhà > 40 m nên ta phải xét đến thành

phần động của tải trọng gió Theo TCVN 2737-1995, tác

dụng động lực của gió lên công trình có thể là một trong hai

trường hợp:

- Tác dụng động của gió chỉ do thành phần xung của

vận tốc gió gây ra

- Tác dụng động của gió do cả thành phần xung của

vận tốc gió và lực quán tính của công trình gây ra

Để biết tác dụng động của gió lên công trình rơi vào

trường hợp nào, ta phải căn cứ vào mức độ nhạy cảm của

công trình đó đối với tác dụng động lực của tải trọng gió

Mức độ nhạy cảm này được đánh giá qua tương quan giữa giá trị các tần số dao động riêng cơ bản của công trình, đặc biệt là tần số dao động riêng thứ nhất f1 so với tần số

giới hạn fL Với vùng áp lực gió III và dạng công trình nhà cao tầng bằng vật liệu bê tông cốt thép (có hệ số giảm lôga là 0,3) thì tần số giới hạn fL = 1,6

Việc xác định tải trọng gió động theo quan điểm là qui tải trọng gió động về các tải trọng ngang tĩnh tương đương Phương pháp xác định tải gió động thổi theo hướng X+(hướng từ trục Y1 đến Y3) và Y+ (là hướng từ trục X1 đến X6) là giống nhau nên ở đây chỉ trình bày đối với hướng Y+

Giả sử nhà cao tầng đang xét có các tần số dao động riêng theo phương ngang nhà (phương Y) lần lượt được sắp xếp từ nhỏ tới lớn là: f1<f2< <fs< , nếu:

- Trường hợp 1: (có f1>fL)

Trong trường hợp này thành phần động của gió chỉ cần kể đến thành phần xung của vận tốc gió Ta chỉ có duy nhất một trường hợp tải trọng gió động (ứng với dạng dao động riêng thứ nhất) theo hướng Y+ (hình vẽ ở bên trái) bao gồm các tải trọng tập trung tác dụng vào vị trí các khối lượng tập trung (chính là vị trí các sàn nhà), được xác định như sau:

Tổng tải trọng gió động do xung vận tốc gió gây ra tác dụng lên sàn thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ k=1 là :

k j tj pjk W

W    , [Kg]

Trong đó: j- là hệ số áp lực động của tải trọng gió, ở độ cao ứng với độ cao của

sàn tầng j đang xét, không thứ nguyên Giá trị của j được xác định theo TCVN2737-1995 bằng cách tra theo bảng

Khi gió thổi theo hướng trục y thẳng vào mặt công trình (mặt phẳng Oxz), tuỳ vào giá trị của H và B (hình vẽ) mà k ứng với dạng dao động riêng thứ nhất ( 1) sẽ được lấy theo bảng bên dưới

Bảng giá trị  ứng với dạng dao động riêng đầu tiên (  1)

0.73 0.71 0.68 0.63

0.65 0.64 0.61 0.57

0.54 0.53 0.51 0.48

k ứng với các dạng dao động riêng thứ 2 và 3 là 2 và 3 đều được lấy bằng 1

- Trường hợp 2: (có f1<f2< < fs fL<fs+1)

Trong trường hợp này thành phần động của gió cần kể đến thành phần xung của vận tốc gió kết hợp với lực quán tính của công trình sinh ra khi dao động Nếu s<3, ta cần xét s thành phần động của gió ứng với s dạng dao động riêng đầu tiên, nếu s  3 thì theo TCVN 2737-1995 chỉ cần xét ba thành phần động của gió ứng với ba dạng dao động riêng đầu tiên Trong đó, mỗi thành phần động của gió theo hướng trục Y+được tính toán dưới dạng một trường hợp tải trọng gió động theo hướng trục Y+ bao gồm các tải trọng tập trung tác dụng vào vị trí các khối lượng tập trung (chính là vị trí các sàn nhà), được xác định như sau:

Xét thành phần động của gió ứng với dạng dao động riêng thứ k (k  3; k  s) được xác định như sau:

Gọi k là hệ số động lực ứng với dạng dao động riêng thứ k, không thứ nguyên, (k  3; k  s), phụ thuộc vào thông số k và độ giảm lôga  của dao động k được tra theo

  Trong đó W0- giá trị áp lực tiêu chuẩn của gió, [N/m2]

fk- tần số dao động riêng thứ k, [Hz], với k  3; k  s Xét khối lượng thứ j trên mô hình thanh công-xôn là Mj (chính là tổng khối lượng của sàn tầng j), gọi chuyển vị của khối lượng Mj này theo phương trục Y trong hệ toạ độ tổng thể ứng với dạng dao động riêng thứ k là yjk(z)

Khi đó tổng tải trọng gió động tính toán tác dụng lên khối lượng Mj ứng với dạng

dao động riêng thứ k là: Wđkj [kG] được xác định theo công thức:

Wđkj = 1,37 Mj yjk k k

Trong đó k- là hệ số được xác định theo công thức : 1

2 1

j jk j

Trong cống thức trên Mj là tổng khối lượng của tầng thứ j khi tham gia vào chuyển động dao động Mj được tính bằng tổng giá trị khối lượng của kết cấu chịu lực, kết cấu bao che, trang trí, khối lượng của các thiết bị cố định (máy cái, mô-tơ, thùng chứa, đường ống,…), các vật liệu chứa (chất lỏng, vật liệu rời, ) và câc khối lượng khác việc tính toán, tổ hợp các khối lượng tập trung này phải tuân theo các qui định của TCVN 2737-

1995 và các tiêu chuẩn có liên quan khác (xem điều 3.2.4 của TCXD 229 : 1999) Thông thường, khi tính khối lượng tập trung này, ta kể đến 100% khối lượng của các kết cấu chịu lực và bao che, và từ 25% đến 50% tổng khối lượng qui đổi của hoạt tải trên các sàn nhà

Đồ thị xác định hệ số động lực  ứng với  = 0,3

Vậy: để có thể tính được tải trọng gió động lên công trình thì trước hết chúng tôi

phân tích động lực hệ kết cấu không gian để xác định các tần số và dạng dao động riêng của công trình (theo phương X+ và Y+) rồi sắp xếp các tần số dao động riêng theo thứ tự tăng dần, sao cho f1<f2< < fs<… Sau đó xét ba dạng dao động riêng đầu tiên để tính gió động theo các công thức đã nêu trên Việc xác định chuyển vị của sàn các tầng nhà ứng với các dạng dao động riêng phải được lấy từ kết quả phân tích động lực học mô hình kết cấu không gian của nhà bằng phần mềm thiết kế nhà cao tầng chuyên dụng của hãng CSI

là ETABS

Nguồn khối lượng khi phân tích dao động để tính toán lực gió động là : mass

source = G+0,5Q

iv) Các trường hợp tải trọng động đất theo phương Y+ (và X+):

Theo TCVN, tải trọng động đất lên công trình là tải trọng có tính chất động lực, chính là lực quán tính sinh ra trong công trình khi xảy ra động đất Các lực này đặt tại vị trí tập trung khối lượng ở các sàn tầng của công trình Việc xác định tác động của tải trọng động đất lên công trình cao tầng được tiến hành theo phương pháp Phổ phản ứng được qui định trong TCVN 9386-2012

Chúng tôi chỉ xét tác động của động đất vào công trình theo hướng Y+ và hướng

X+ ứng với ba dạng dao động riêng có tần số nhỏ nhất trong số các dạng dao động riêng của công trình theo phương Y và X Xây dựng mô hình tính kết cấu nhà cao tầng nói trên trong hệ tọa độ Oxyz và xác định các tải trọng động đất cụ thể như sau:

Xác định trường hợp tải trọng động đất tác dụng theo hướng Y+ thẳng góc với mặt công trình (theo hướng X+ tính tương tự) theo các bước sau:

Bước 1: Xác định trị số các thông số sử dụng trong việc tính động đất:

Theo tiêu chuẩn TCVN 9386-2012 về phân vùng thiết kế kháng chấn, với công trình xây tại thành phố Đà Nẵng, có các thông số thiết kế kháng chấn như sau:

 Loại nền đất (loại A, B, C, D, hay E): chọn loại D (đất rời trạng thái từ xốp đến chặt vừa, SPT < 15)

 Gia tốc nền tại khu vực xây dựng ag/g=0,0918 (tra theo TCVN 9386-2012

tại khu vực quận Sơn Trà, tp.Đà Nẵng

 Hệ số tầm quan trọng  = 1,25 (công trình không cho phép gián đoạn khi động đất, áp dụng cho công trình có từ 20 tầng trở lên)

 Hệ số ứng xử của kết cấu q = 3,9 (nhà khung nhiều tầng, nhiều nhịp)

 Hệ số 2,i = 0,3 và  = 0,8 (các tầng được sử dụng đồng thời) Suy ra,

 * 2,i= 0,24; (trị số này được dùng khi tính toán nguồn khối lượng tham gia dao động để tính lực động đất, cụ thể là: mass source = G+0,24*Q)

Bước 2: Phân tích động lực học công trình để xác định các dạng dao động riêng:

Bao gồm:

 Xác định các nguồn tải trọng (mass source)

 Phân tích động học (bằng ETABS) để xác định các dạng dao động riêng của kết cấu

 Từ đó, xác định số lượng các dạng dao động riêng cần xét theo điều kiện tổng số trọng lượng hữu hiệu ứng với các dạng dao động riêng tham gia vào tính toán phải >=90% tổng trọng lượng toàn công trình

Bước 3: Xác định các phổ phản ứng ứng với các dạng dao động riêng được xét:

Với mỗi dạng dao động riêng cần xét, từ trị số chu kỳ T của dao động, ta xác định trị số phổ phản ứng Sd(T) theo công thức sau: (trị số phổ thiết kế động đất Sd(T ) theo TCVN 9386-2012 là một đại lượng không thứ nguyên):

BT

2 S )

(

q T

T g

a T S

(

g

a T

T

T g

a T S

g

C g

d



q

2.5 S )

T

T T q

S g a T S

g

D C g

d



2

5 2 )

(

Các đại lượng có mặt trong các biểu thức này gồm: ag, q, S, TB, TC, TD và T

Trong đó:

 T: là chu kỳ dao động riêng của dạng dao động riêng đang xét

 Các chỉ số S, TB, TC, TD được tra theo dạng đất nền tại khu vực xây dựng

q: là hệ số ứng xử của công trình

 ag: gia tốc đỉnh đất nền thiết kế, tính theo công thức: ag = agR 

Ghi chú: để thêm trực quan, ta có thể cho nhiều giá trị T khác nhau và vẽ đường cong phổ (điều này không bắt buộc)

Bước 4: Lập bảng xác định các trị số lực động đất lên các tầng nhà ứng với các dạng dao động riêng được xét:

+ Trọng lượng hữu hiệu của toàn công trình ứng với dạng dao động riêng thứ i

1 j

Wj

* 2

^ Xij /

2 Wj

* Xij Wi

+ Tổng lực cắt đáy ứng với dạng dao động riêng thứ i:

Fi = Wi* Sd(T) + Phân phối tổng lực cắt đáy ứng với dạng dao động riêng thứ i lên các tầng nhà:

Wj

* Xij /

Wj

* Xij

* Fi Fij

+ Tổng hợp trị số lực động đất ứng với tất cả các dạng dao động riêng được xét lên các tầng nhà

2 1

m ij i

E

1

2 , với Edi là lực động đất ứng với các dạng dao động riêng được xét Chú ý: Việc xác định lực động đất lên công trình thường được lập trình sẵn trong các file excel Kết quả tính lực động đất được trình bày phía sau của thuyết minh này

Kết luận về các trường hợp tải trọng

Tóm lại, chúng tôi đã khai báo các trường hợp tải trọng (Loadcase) như sau:

 G : Trường hợp tĩnh tải, gồm trọng lượng bản thân của kết cấu chịu lực

(sàn, vách cứng, cột, dầm,…) và kết cấu bao che (tường xây trên dầm, các lớp sàn,…)

 Q : Trường hợp hoạt tải sử dụng

 Các trường hợp tải gió theo phương ngang (hướng Y) và dọc nhà (hướng X) : Gồm có tải gió tĩnh theo hướng X là WX, và tải gió tĩnh theo

hướng Y là WY

 Các trường hợp tải trọng động đất theo phương ngang (hướng Y) và dọc nhà (hướng X) : Gồm có tải động đất theo phương X là EdX và tải động đất theo phương Y là EdY

d2) Các tổ hợp tải trọng lên công trình (Load Combinations)

Xây dựng các tổ hợp dạng ADD như sau:

Combo 1: G + Q Combo 2: G + WX Combo 3: G - WX Combo 4: G + WY Combo 5: G - WY Combo 6: G + 0,9*Q + 0,9*WX Combo 7: G + 0,9*Q - 0,9*WX Combo 8: G + 0,9*Q + 0,9*WY Combo 9: G + 0,9*Q - 0,9*WY Combo 10: G + 2*Q + EdX + 2* EdY = G + 0,3*Q + EdX + 0,3* EdY Combo 11: G + 2*Q + EdX - 2* EdY = G + 0,3*Q + EdX -0,3* EdY Combo 12: G + 2*Q -EdY + 2* EdX = G + 0,3*Q- EdX + 0,3* EdY

Combo 13: G + 2*Q- EdY - 2* EdX = G + 0,3*Q - EdX - 0,3*EdY Combo 14: G + 2*Q + EdY + 2* EdX = G + 0,3*Q +EdY + 0,3*EdX Combo 15: G + 2*Q + EdY - 2* EdX = G + 0,3*Q +EdY - 0,3*EdX Combo 16: G + 2*Q- EdY - 2* EdX = G + 0,3*Q - EdY - 0,3*EdX Combo 17: G + 2*Q + EdY + 2* EdX = G + 0,3*Q - EdY + 0,3*EdX Combo Enve : tổ hợp bao của 17 tổ hợp nêu trên

Trong đó:

Gọi: Th_Wdy = 2 2 2

3 Wyd 2

Wyd 1

Wyd   thì WY1 = ABS (Wty, Th_Wdy) là tổng hợp lực gió theo phương Y+; và WY2 = - ABS (Wty, Th_Wdy) là tổng hợp lực gió theo phương Y-

Và gọi: Th_Wdx = 2 2 2

3 2

1 Wxd Wxd Wxd   thì WX1 = ABS (Wtx, Th_Wdx) là tổng hợp lực gió theo phương X+; và WX2 = - ABS (Wtx, Th_Wdx) là tổng hợp lực gió theo phương X-; (các phép tính toán tổng lực gió này được thực hiện ngay trong file Excel xác định tải trọng do tác giả tự lập)

E

1

2 , với Edi là lực động đất ứng với các dạng dao động riêng được xét sao cho tổng khối lượng hữu hiệu tham gia phải >=90% tổng khối lượng toàn công trình

Cuối cùng, chúng tôi tính toán lượng cốt thép yêu cầu cho các cấu kiện dầm, cột, vách, sàn,… trong kết cấu theo cả 17 tổ hợp kể trên (là Combo 1,…, Combo 17) rồi lấy kết quả lượng cốt thép lớn nhất tính được để bố trí cho các cấu kiện này

e) Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng trong giai đoạn tính toán sàn bê tông dự ứng lực

e1) Các trường hợp tải trọng

 Trường hợp tải trọng bản thân (SW) của phần bê tông sàn

 Trường hợp tải trọng tỉnh tải phụ thêm (DL) do các lớp sàn, tường xây

 Trường hợp tải trọng sử dụng (LL) do việc sử dụng công trình

 Trường hợp tải trọng do lực cáp (Prestress) do cáp dự ứng lực

 Trường hợp tải trọng do hiệu ứng thứ cấp của cáp gây nên (Hyperstatic)

 Trường hợp tải trọng gió (Wi)

 Trường hợp tải trọng động đất (Ei)

e2) Các tổ hợp tải trọng

 Tổ hợp kiểm tra lúc kéo cáp (lúc truyền, tổ hợp init): bao gồm kiểm tra chuyển vị, ứng suất,… theo các yêu cầu của BS8110 Trị số tổ hợp là: SW + 1,15 Prestress

 Tổ hợp kiểm tra trong điều kiện sử dụng (tổ hợp service): bao gồm kiểm tra chuyển vị, ứng suất,… theo các yêu cầu của BS8110 Trị số tổ hợp là: SW + DL + LL + Prestress

 Tổ hợp kiểm tra lúc cục hạn (tổ hợp strength): Dùng để kiểm tra và thiết kế lượng thép thường phụ thêm với cáp và chống chọc thủng theo tiêu chuẩn

BS8110 Trị số tổ hợp là: 1,4(SW + DL) + 1,6LL + Hyperstatic

Các trường hợp tải trọng gió và động đất chỉ được xét khi tính toán tổng thể công trình trong phần mềm ETABS

III.3 Các nội dung chi tiết trong phần tính toán KC phần thân công trình

a) Các bảng tính và kết quả tính toán hệ kết cấu tổng thể:

a1) Các bảng số về các trường hợp tải trọng lên công trình

i) Phần xác định trường hợp tỉnh tải (TT)

 Tải trọng bản thân của các kết cấu chịu lực (dầm, cột, giằng, sàn, vách,…) được ETABS tính tự động dựa trên mô hình kết cấu không gian gồm các phần tử thanh và tấm

 Tải trọng của tường xây trên dầm và các bộ phận kết cấu bao che khác như lam, khung trang trí,… tác dụng vào dầm dưới dạng lực phân bố theo chiều dài dầm hay lực tập trung vào các vị trí mắt khung Với các tường xây trên mặt sàn, ta cũng quy về tải trọng phân bố theo chiều dài dọc trên mặt sàn (phân bố theo kiểu line load)

 Tải trọng phân bố trên mặt sàn do các lớp cấu tạo mặt sàn gây ra (gạch men, vữa trát, trần thạch cao treo vào công trình ) ở dạng lực phân bố trên diện tích mặt sàn có trị số như sau:

Lớp vật liệu Ch.dày

Tr.lượng riêng gtc

(kG/m2)

Hệ số vượt gtt

(kG/m2) ( m ) (kG/m3) tải n

qttvach=1,2* qtc*h Trị số tải trọng của một số loại vách ngăn dùng trong công trình cụ thể như bảng sau:

Loại vách qtc [kG/m2] Chiều cao (m) qtt

vách [kG/m]

Tường 200 330 htường 330*1,2*htường

Tường 150 270 htường 270*1,2*htường

Tường 100 180 htường 180*1,2*htường

Trị số tỉnh tải của các lớp sàn tại từng khu vực được tính toán tương ứng theo bản

vẽ kiến trúc

ii) Phần xác định trường hợp hoạt tải (HT)

Danh mục trị số hoạt tải một số phòng có liên quan được qui định trong TCVN 2737-1995 được thống kế trong bảng sau:

Loại phòng ptc

kG/m2

Hệ số Vượt tải

pttkG/m2

Sự phân bố hoạt tải đến các tầng trong công trình được lấy theo bản vẽ kiến trúc

iii) Phần xác định trường hợp tải trọng gió tĩnh

Công trình được xây dựng ở quận Sơn Trà, Thành Phố Đà Nẵng thuộc vùng gió III-B có W0 tc= 125 kG/m2

Xét gió thổi theo hướng ngang nhà (hướng Y+)

Quan niệm sàn nhà là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó (Diaghram slab constraint) nên có thể xem rằng tải trọng gió truyền lên mép sàn các tầng (ở dạng phân bố đều dọc theo chu vi mép sàn) rồi truyền tác động vào các cấu kiện chịu lực thẳng đứng (vách, khung) của nhà Chiều rộng phần chắn gió thổi theo phương y của nhà ở tầng đang xét là B_yj , tổng hệ số khí động ở cả hai mặt nhà là (0,8+0,6)=1,4 Tổng tải trọng gió lên sàn tầng j là Wt_yj được tính theo các công thức phần b.3.1

Tải gió thổi theo hướng dọc nhà (hướng X+) sđược xét tương tự

Bảng tính tải trọng gió tĩnh được thống kê trong bảng sau (xét các tầng trên cốt 0)

H_tầng B_y CB_y B_x CB_x hj Zj kz Wt/1 m Wt_y Wt_x

Tên

tầng

Như vậy, tổng lực gió tĩnh theo phương ngang nhà (phương Y) là 1061,8 tấn, và tổng lực gió tĩnh theo phương dọc nhà (phương X) là 586,8 tấn

iv) Phần xác định tải trọng gió động và động đất

Bảng tính toán khối lượng, trọng lượng qui về ngang mức sàn các tầng tham gia khi xét dao động để tính toán tải trọng gió động và động đất cụ thể như sau:

Tầng Tĩnh tải Hoạt tải TT+0.5HT TT+0.24HT

B2 1195179 461120 1425739 1305847 B1 1080007 219560 1189787 1132701 T1 1120514 224000 1232514 1174274 T2 1145633 251620 1271443 1206022 T3 2516167 188420 2610377 2561388 T4 1094134 188420 1188344 1139354 T5 1094134 188420 1188344 1139354 T6 1094134 188420 1188344 1139354 T7 1094134 188420 1188344 1139354 T8 1094134 188420 1188344 1139354

Tầng Tĩnh tải Hoạt tải TT+0.5HT TT+0.24HT

T9 1094134 188420 1188344 1139354 T10 1094134 188420 1188344 1139354 T11 1094134 188420 1188344 1139354 T12 1094134 188420 1188344 1139354 T13 1094134 188420 1188344 1139354 T14 1094134 188420 1188344 1139354 T15 1096189 188420 1190399 1141410 T16 1096189 188420 1190399 1141410 T17 1096189 188420 1190399 1141410 T18 1096189 188420 1190399 1141410 T19 1096189 188420 1190399 1141410 T20 1096189 188420 1190399 1141410 T21 1096189 188420 1190399 1141410 T22 1357638 397200 1556238 1452966 T23 796147.3 202610 897452 844774 T24 496088.1 116100 554138 523952 TKT2 498196.4 29025 512709 505162

* Chú ý: quy ước gọi tĩnh tải là G, hoạt tải là Q

Nguồn khối lượng khi phân tích dao động công trình để xác định tải trọng gió động là (G+0,5*Q), và để xác định tải trọng động đất là: (G+0,24*Q)

Từ kết quả phân tích đặc điểm dao động của khối công trình bằng phần mềm ETABS chúng ta có bảng giá trị các chu kỳ dao động sau đây:

Mode Period UX UY SumUX SumUY

Với công trình có 26 tấm sàn và dùng kết cấu sàn bê tông dự ứng lực, các trị số tần

số dao động riêng như vậy là hợp lý (chu kỳ T1=2,81s)

Với các trị số chu kỳ dao động riêng như trên, ta lập bảng tính toán trị số của gió động và động đất được kết quả như sau:

Số liệu đầu vào khi tính gió động:

Cao độ mặt đất (là nơi bắt đầu tính gió) được lấy là cốt 0.0 Tần số fL (Hz) 1.60

2 Dữ liệu để tính tải trọng gió tỉnh và động theo 2 phương Y và X H.số tương quan không gian

3 Đặc trưng động học của công trình (nếu cần xét tải gió động)

T (s) 2.52834 0.61687 0.26765 2.80941 0.88281 0.46741 f3-y 3.73626 f3-x 2.13945Địa hình = {A, B, C} (tra theo bản đồ vùng gió)

CÁC DỮ LIỆU CHUNG ĐỂ TÍNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN CÔNG TRÌNH THEO TCVN 2737-95

Ch.sâu đến mặt của giằng móng ở tầng dưới cùng

Ch.rộng (TB) phần chắn gió thổi theo ph.ngang By

Ch.rộng (TB) phần chắn gió thổi theo ph.dọc Bx

Vùng gió = {1, 2, 3, 4} (tra theo bản đồ vùng gió)

Tần số f (Hz) stt ddr theo ph.ngang Y

TINH

XOA DL

Trị số chuyển vị ngang ứng với các dạng dao động riêng theo phương Y và phương X được trình bày trong bảng bên dưới Chú ý khi tính gió động đang tính với nguồn khối lượng TT+0,5HT

Kết quả tính toán gió động như trong các bảng bên dưới:

+ Tổng hợp gió theo phương ngang nhà (phương y) là: 1481,8 tấn (tính riêng

gió động là 420 tấn, riêng gió tĩnh là 1061,8tấn), tức:

Tổng tải trọng gió gấp 1481,8/1061,8=1,40 lần so với chỉ xét riêng gió tĩnh

BẢNG KẾT QUẢ TÍNH GIÓ ĐỘNG THỔI THEO HƯỚNG NGANG NHÀ (PHƯƠNG Y)

Các giá trị chung cho sàn tất cả các tầng nhà (phương Y)

1 0.3955 0.6248 0.1113 1.9565 -0.3413

2 1.6211 1.0000 0.0272 1.4401 0.2043

3 3.7363 1.0000 0.0118 1.3325 -0.1462

Tổng giá trị tải trọng gió động thổi theo phương Y lên sàn nhà (giá trị tính toán)

H_tầng Zj Wt_y Wpj1-Y Wpj2-Y Wpj3-Y Wđj1-Y Wđj2-Y Wđj3-Y srss Wdy Wt+Wd

Xét phần xung của gió Xét toàn bộ gió động Tổng cộng Wy Tên

tầng

hs áp lực động

+ Tổng hợp gió theo phương dọc nhà (phương x) là: 885 tấn (tính riêng gió

động là 298,2 tấn, riêng gió tĩnh là 586,8 tấn), tức:

Tổng tải trọng gió gấp 885/586,8= 1.51 lần so với chỉ xét tới gió tĩnh

BẢNG KẾT QUẢ TÍNH GIÓ ĐỘNG THỔI THEO HƯỚNG DỌC NHÀ (PHƯƠNG X)

Các giá trị chung cho sàn tất cả các tầng nhà (phương X)

Xét phần xung của gió Xét toàn bộ gió động Tổng cộng Wx Tên

tầng

hs áp lực động

Tổng hợp lực động đất lên công trình: (tính theo TCVN 9386-2012)

+ Lực dộng đất theo phương ngang nhà (phương Y):

Số liệu đầu vào và kết quả tính toán:

CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT THEO TCVN 9386-2012

Tầng F1j F2j F3j Tổng Fj

Ta thấy chỉ cần xét 3 dạng dao động đầu tiên theo phương y thì tổng khối lượng hiệu quả tham gia đạt 90% tổng khối lượng công trình, tức là đạt yêu cầu của tiêu chuẩn

là lớn hơn hoặc bằng 90% Do vậy, ta chỉ xét tới 3 dạng dao động đầu tiên mà thôi

Tổng lực động đất theo phương ngang nhà: 1480 tấn, tức là tương đương tổng lực gió lên công trình theo phương ngang nhà

+ Lực dộng đất theo phương dọc nhà (phương X):

Số liệu đầu vào và kết quả tính toán:

CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT THEO TCVN 9386-2012

Tổng lực động đất theo phương ngang nhà: 1212,6 tấn, tức là lớn hơn nhiều tổng lực gió lên công trình theo phương dọc nhà

Tổng hợp tải trọng gió và động đất lên công trình xét theo từng tầng được liệt

kê trong bảng sau:

Story GX [kg] GY [kg] SX [kg] SY [kg]

B1 16046 22609 3843 8879 T1 23667 42077 17941 27638 T2 34970 57071 33595 46585 T3 43801 63737 109231 142194 T4 26937 40846 51799 64116 T5 28350 42888 53941 65907 T6 29656 44925 54472 66664 T7 30842 46958 53787 66542 T8 31908 48989 52408 65808 T9 32865 51015 50860 64688 T10 33728 53034 49511 63296 T11 34524 55043 48448 61595 T12 35280 57037 47472 59421 T13 36024 59013 46227 56562 T14 36782 60966 44399 52863 T15 37597 62928 41996 48450 T16 38432 64826 39204 43551

Story GX [kg] GY [kg] SX [kg] SY [kg]

T17 39312 66691 36980 39284 T18 40227 68520 36618 37427 T19 41162 70312 39180 39848 T20 42100 72065 44699 46985 T21 43022 73778 52287 57695 T22 51524 88414 77824 91235 T23 42008 72577 51989 62667 T24 20166 59320 35446 46690 TKT2 14020 36086 37993 51396

a2) Các biểu đồ và bảng số thể hiện kết quả tính toán

Quan điểm tính toán:

Thực hiện các phân tích kết cấu trên các phần mềm chuyên dụng có thể mô phỏng

sự làm việc của cáp dự ứng lực, ta thu được các kết quả:

 Mô hình sử dụng để phân tích tổng thể kết cấu phần thân

 Biểu đồ chuyển vị của công trình ứng với các trường hợp tải trọng

 Một số biểu đồ nội lực (mô-men M33, M22, lực cắt Q22 và lực dọc P) của các trường hợp tải trọng (Tỉnh tải, hoạt tải, gió, động đất và các tổ hợp nội lực)

 Bảng tính cốt thép cột, dầm và vách

Các hình vẽ và biểu đồ này được in trong phụ lục phía sau thuyết minh này gồm:

+ Mô hình kết cấu dùng để phân tích kết cấu phần thân:

Mô hình này được thể hiện trong hình vẽ bên dưới

+ Về chuyển vị đỉnh:

Khống chế chuyển vị đỉnh nằm vào phạm vi cho phép và hợp lý là thước đo quan trọng về sự an toàn và sự hợp lý của hệ kết cấu tổng thể công trình cao tầng Với dạng kết cấu khung-vách, chuyển vị ngang cực đại fđỉnh không được vượt quá: fđỉnh  H/500 =

mm/500 = 18,11cm

Xét 17 tổ hợp như sau:

Combo 1: G + Q Combo 2: G + WX Combo 3: G - WX Combo 4: G + WY Combo 5: G - WY Combo 6: G + 0,9*Q + 0,9*WX Combo 7: G + 0,9*Q - 0,9*WX Combo 8: G + 0,9*Q + 0,9*WY Combo 9: G + 0,9*Q - 0,9*WY Combo 10: G + 2*Q + EdX + 2* EdY = G + 0,3*Q + EdX + 0,3* EdY Combo 11: G + 2*Q + EdX - 2* EdY = G + 0,3*Q + EdX -0,3* EdY Combo 12: G + 2*Q -EdY + 2* EdX = G + 0,3*Q- EdY + 0,3* EdX Combo 13: G + 2*Q- EdY - 2* EdX = G + 0,3*Q - EdY - 0,3*EdX Combo 14: G + 2*Q + EdY + 2* EdX = G + 0,3*Q +EdY + 0,3*EdX Combo 15: G + 2*Q + EdY - 2* EdX = G + 0,3*Q +EdY - 0,3*EdX Combo 16: G + 2*Q- EdY - 2* EdX = G + 0,3*Q - EdY - 0,3*EdX Combo 17: G + 2*Q + EdY + 2* EdX = G + 0,3*Q - EdY + 0,3*EdX Sau khi phân tích kết cấu bằng phần mềm Etabs,ta thấy chuyển vị ngang cực đại ở tất cả các tổ hợp đều đạt yêu cầu và gần với trị số chuyển vị ngang giới hạn Điều đó cũng cho thấy kích thước của hệ thống cột vách là không thể giảm thêm được nữa

Chú ý rằng do tải trọng động đất theo phương X lớn hơn rất nhiều so với tải trọng gió Do vậy, chuyển vị do gió sinh ra là dễ dàng thỏa mãn các điều kiện khống chế chuyển vị cả về chuyển vị tuyệt đối ở đỉnh, cũng như chuyển vị tương đối ở các tầng Như vậy, ngoại trừ khả năng xảy ra động đất lớn, việc nứt tường trong quá trình sử dụng (do gió bão hàng năm sinh ra) là có thể được loại trừ

+ Về lượng cốt thép dầm, cột:

Sau khi tính toán ta thấy lượng thép lớn nhất xuất hiện ở cột các tầng phía trên là rất

nhỏ (ít hơn hàm lượng 1%), Hàm lượng thép như vậy cho thấy với công trình này do số tầng khá cao thì yếu tố khống chế chuyển vị đỉnh công trình là quan trọng hơn nên ta không thể giảm bớt quá nhiều kích thước cột các tầng phía trên, dẫn tới với kích thước cột không giảm thì hàm lượng cốt thép yêu cầu được tính toán từ điều kiện chịu lực của công trình khá nhỏ Tuy nhiên, để đáp ứng yêu cầu kháng chấn theo tiêu chuẩn TCVN 9386-2012 qui định, ta vẫn chọn lượng thép đạt hàm lượng 1% cho các cột ở các tầng phía trên

Khi thiết kế thép cho các dầm, cột và vách, ta thấy hàm lượng cốt thép trong dầm, cột đều thỏa mãn các yêu cầu theo TCVN 5574-2012

Phần số liệu tính toán thép dầm, cột và vách được in trong phụ lục của thuyết minh này

b) Các bảng tính và kết quả tính toán phần sàn bê tông dự ứng lực:

Trong công trình KS Mabelle, tất cả các tấm sàn từ L1 tới sàn L24 đều được thiết

kế theo giải pháp kết cấu bê tông dự ứng lực có bám dính căng sau Sử dụng cáp 12,7

mm đặt thành từng bó trong các ống ghen dạng dẹp (được kéo bằng kích đơn từng tao riêng lẽ) Sau khi kéo căng sẽ được bơm vữa lắp ống ghen để bảo vệ cho cáp và tạo lực dính giữa cáp và bê tông sàn

Công việc tính toán sàn dự ứng lực được tiến hành bằng phần mềm Adapt Builder

2016 (có bản quyền) theo mô hình chịu lực tổng thể của toàn kết cấu chịu tất cả các loại tác động như tỉnh tải, hoạt tải, gió, động đất,… Ngoài ra, còn phối hợp với một số công

cụ phần mềm khác để tiến hành kiểm chứng lại kết quả

Sơ đồ bố trí cáp sàn dự ứng lực được trình bày trong các bản vẽ kỹ thuật-thi công

đi kèm

Theo chúng tôi, một phương án thiết kế dự ứng lực cần hướng tới 3 mục tiêu:

1 Đảm bảo công trình làm việc thỏa mãn các yêu cẩu về an toàn của công trình mà tiêu chuẩn thiết kế đã qui định, trong đó yêu cầu độ võng là quan trọng Tiêu chuẩn nói rằng: với sàn độ võng ngắn hạn không được vượt quá L/360, và độ võng dài hạn không được vượt quá L/250 với L là chiều dài nhịp sàn

2 Đảm bảo giá thành giảm tới mức hợp lý nhất trong khi vẫn đạt được các yêu cầu về tiện ích sử dụng công trình, về việc bố trí hệ thống M&E,…

3 Đảm bảo sự tiện lợi trong thi công (dễ rải cáp, tránh hiện tượng các đường cáp theo 2 phương vuông góc nhau bị đâm vào nhau, tức là phải cho thời gian thi công nhanh nhất

Khi tính toán phần sàn bê tông dự ứng lực, ta có thể chia công việc tính toán các tấm sàn dự ứng lực trong công trình hành các phần tính tấm sàn dự ứng lực như sau:

đi kèm thuyết minh này

Mô hình cáp sàn đang xét như hình vẽ bên dưới, kích thước các cấu kiện dầm, cột, sàn,… xem trong bản vẽ Kết cấu của hồ sơ đi kèm

Kết quả tính kiểm tra:

i) Kiểm tra chuyển vị và ứng suất:

Độ võng lớn nhất ở trạng thái lúc kéo căng (initial) là 3,62 mm, độ vồng tối đa là 2,72 mm Sàn gần như không bị biến dạng

-Độ võng ở trạng thái Service (trạng thái sử dụng ngắn hạn): -Độ võng ngắn hạn ở trạng thái service có độ võng cực đại là 14,1 mm, độ vồng là -3,6 mm Độ võng như vậy

là nằm trong giới hạn cho phép đã nêu ở đầu mục

Độ võng ở trạng thái sử dụng dài hạn (long-term) có độ võng cực đại là 30,6 mm,

độ vồng là -9,7 mm Độ võng như vậy là nằm trong giới hạn cho phép đã nêu ở đầu mục

Như vậy, xét về mọi tiêu chí kiểm tra về độ võng, ta thấy sàn đang xét là đảm bảo

ii) Chia các design strip để kiểm tra ứng suất và thiết kế cốt thép cho dầm và sàn:

Hình ảnh các design strip được dùng để kiểm tra ứng suất như hình vẽ:

+ Kiểm tra ứng suất tại các điểm thuộc mặt trên của sàn:

+ Kiểm tra ứng suất tại các điểm thuộc mặt dưới của sàn:

Kết quả tính toán kiểm tra về ứng suất tại tất cả các design strip đều cho thấy ứng suất đạt yêu cầu (thể hiện bằng các đường vạch màu xanh, biểu đồ ứng suất với các giá trị max & min đều cho thấy nằm trong phạm vi cho phép của tiêu chuẩn)