XÁC LẬP HỆ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầngA: HỆ KẾT CẤU A THEO PHƯƠNG ĐỨNG Các cấu kiện chịu lực chính tạo thành các hệ chịu lực nhà cao tầng bao gồm: Cấu kiện dạng thanh: cột, dầm, thanh chốn

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH

BÀI THUYẾT TRÌNH NHÓM 2

ĐỀ TÀI : XÁC LẬP HỆ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

GVHD : ThS ĐỖ HUY THẠC

TP HỒ CHÍ MINH NGÀY 18 THÁNG 9 NĂM 2018

Trang 2

NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH

Trang 3

2: PHẦN THÂN.

3: PHẦN NGẦM.

1: PHẦN MÁI.

I: PHẦN LÝ THUYẾT

Trang 4

Lựa chọn vật liệu mái:

Mái của nhà ở cao tầng phải đảm bảo chức năng cách nhiệt và chống thấm Cần lựa chọn vật liệu và kết cấu mái phù hợp với yêu cầu cách nhiệt, chống ẩm và thoát nước mưa.

Trên mái nhà ở cao tầng có thể lắp đặt bể nước, các miệng hút, xả khí, điều hoà trung tâm (nếu có), thang máy, thiết bị chuyên dụng …

Trên mái phải có hệ thống thu nước mưa bằng sênô dẫn đến các đường ống đứng thoát nước xuống hệ thống thoát nước ngoài nhà.

Phải có biện pháp chống đọng sương, chống thấm và chống ẩm cho lớp cách nhiệt của mái.

1: PHẦN MÁI

Trang 5

2: PHẦN THÂN

Trang 6

Vị trí: 29 Phan Chu Trinh, Vạn Thạnh, NhaTrang, Khánh Hòa

Diện tích khu đất: 2.041,2 m2

Mật độ xây dựng: 51%

Quy mô: 30 tầng không kể tầng hầm.

Tổng số căn: 209 căn hộ, 100 Hotel và 40 Condotel

=> Công trình là nhà cao tầng loại 3: 26 -> 40 tầng (cao nhất 100m).

Lựa chọn kết cấu khung bê tông cốt thép là hệ chịu lực chính cho công trình.

SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TRÌNH

Trang 7

1 Đặc điểm chịu lực nhà cao tầng.

A: HỆ KẾT CẤU

Do số lượng tầng nhiều nên tải trọng bản thân và tải trọng sử dụng thường rất lớn, thường bố trí trên mặt bằng nhỏ, nên cấu tạo móng rất phức tạp Vì vậy đa số công trình đều lựa chọn giải pháp móng sâu (móng cọc đóng, cọc khoan nhồi );

Nhà cao tầng thường rất nhạy cảm đến độ lún lệch của móng Nó ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của công trình do độ cao công trình rất lớn

Chịu tác dụng của tải trọng ngang lớn như: gió, động đất…

Khả năng đảm bảo về thông gió, cấp thoát nước, phòng chống cháy nổ, giao thông là rất phức tạp

Trang 8

2 Đặc điểm sử dụng vật liệu

Nhà cao tầng yêu cầu khắc khe về vật liệu chịu lực và bao che

- Trong nhà cao tầng các cấu kiện đều chịu các tải trọng thẳng đứng và tải trọng

ngang lớn Để đủ khả năng chịu lực đồng thời đảm bảo tiết diện các kết cấu thanh như cột, dầm, các kết cấu bản nhƣ sàn, tường có kích thước hợp lý, phù hợp với giải pháp kiến trúc mặt bằng và không gian sử dụng, vật liệu dùng trong kết cấu nhà cao tầng cần có cấp độ bền chịu kéo, nén, cắt cao Thường dùng bê tông B25 đến B60 (tương đương mác 300 đến 800) và cốt thép có giới hạn chảy từ 300 MPa trở lên

- Khi nhà cao trên 30 tầng nhất thiết phải dùng bê tông có cấp cường độ cao, bê tông ứng lực trước hay bê tông cốt cứng (hàm lượng cốt thép cứng µ≤15%) hoặc dùng kết cấu thép hoặc kết cấu thép - bê tông liên hợp

Trang 9

2 Đặc điểm sử dụng vật liệu

- Trong nhà cao tầng thường sử dụng các lưới côt rộng từ (6x6)m2 trở lên nhưng chiều cao tầng điển hình thường không lớn, nên giải pháp kết cấu sàn phải lựa chọn sao cho các dầm đỡ sàn có chiều cao tối thiểu Bởi vậy bê tông ứng lực trước thường được sử dụng cho kết cấu sàn đổ toàn khối hay lắp ghép nhất là hệ sàn phẳng không dầm Ngoài kết cấu chịu lực, kết cấu bao che trong nhà cao tầng cũng chiếm tỷ lệ đáng kể trong tổng khối lượng công trình Bởi vậy cần sử dụng các vật liệu nhẹ, có khối lượng riêng nhỏ, tạo điều kiện giảm đáng kể không những chỉ dối với tải trọng thẳng đứng mà còn cả đối với tải trọng ngang do lực quán tính gây ra

Trang 10

3 Các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng

A) THEO PHƯƠNG ĐỨNG

Các cấu kiện chịu lực chính tạo thành các hệ chịu lực nhà cao tầng bao gồm: Cấu kiện dạng thanh: cột, dầm, thanh chống, thanh giằng; Cấu kiện dạng tấm: Tường (vách), sàn Trong nhà cao tầng, khi có sự hiện diện của các khung thì tuỳ theo các làm việc của các cột trong khung mà hệ kết cấu chịu lực được phân thành các loại sơ đồ: sơ đồ khung; sơ đồ giằng; và sơ đồ khung- giằng.

Trang 11

- Hệ cơ bản:kết cấu khung, kết cấu tường(vách),kết cấu lõi, kết cấu ống…

- Hệ hỗn hợp :là các hệ chịu lực được tổ hợp từ 2-3 loại cấu kiện cơ bản trở lên: kết cấu khung- vách;kết cấu khung -vách- lõi;

…

Trang 12

- Hệ cơ bản:

+ Kết cấu khung:

Các khung ngang và khung dọc liên kết thành 1 khung phẳng hoặc khung

không gian, tải lên khung bao gồm tải trong theo phương đứng và phương ngang Để đảm bảo độ cứng tổng thể cho công trình nút khung phải là nút cứng

Khung thuần túy nên sử dụng cho nhà có chiều cao dưới 40 m Trong kiến trúc

nhà cao tầng luôn có những bộ phận như hộp thang máy, thang bộ, tường ngăn hoặc bao che liên tục trên chiều cao nhà có thể sử dụng như lõi, vách cứng nên hệ kết cấu khung chịu lực thuần tuý trên thực tế không tồn tại

Trang 13

- Hệ kết cấu khung sử dụng hiệu quả cho công trình có không gian lớn, bố trí nội thất linh hoạt, phù hợp với nhiều loại công trình Tuy nhiên hệ khung có khả năng chịu cắt theo phương ngang kém Ngoài ra hệ thống dầm thường có chiều cao lớn nên ảnh hưởng đến không gian sử dụng và làm tăng độ cao của công trình

- Chiều cao nhà thích hợp cho kết cấu BTCT là không quá 30 tầng Nếu trong

vùng có động đất từ cấp 8 trở lên thì chiều cao khung phải giảm xuống Chiều cao tối đa của ngôi nhà còn phụ thuộc vào số bước cột, độ lớn các bước, tỷ lệ chiều cao và chiều rộng nhà

Trang 14

Trang 15

+ Kết cấu tường ( vách)

Là một hệ tấm tường phẳng vừa làm nhiệm vụ chịu tải trọng đứng, vừa là hệ

thống chịu tải trọng ngang và là tường ngăn giữa các phòng Căn cứ vào cách bố trí các

tấm tường chịu tải trọng thẳng đứng chia làm 3 sơ đồ:

Tường dọc chịu lực

Tường ngang chịu lực

Tường dọc và ngang cùng chịu lực

Trang 16

Vách cứng được hiểu theo nghĩa là các tấm tường thiết kế để chịu tải trọng ngang

Tải trọng ngang được truyền đến các tấm tường chịu tải thông qua hệ các bản sàn được xem là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của chúng Do đó các vách cứng làm việc như những dầm công xon có chiều cao tiết diện lớn Khả năng chịu tải của các vách cứng phụ thuộc nhiều vào hình dáng và kích thước tiết diện ngang của nó

Hệ kết cấu này thích hợp cho các công trình mà có

không gian bị ngăn chia bên trong như nhà ở,

khách sạn, bệnh viện và cho các công trình

có chiều cao dưới 40 tầng

Trang 17

+ Kết cấu lõi

Lõi có dạng vỏ hộp rỗng tiết diện kín hoặc hở, chịu tải trọng đứng và ngang tác

dụng lên công trình và truyền xuống đất nền Lõi có thể xem là sự kết hợp của nhiều tấm tường theo các phương khác nhau Trong lõi có thể bố trí hệ thống kỹ thuật, thang bộ, thang máy…

Lõi cứng làm việc như một consol lớn ngàm vào mặt móng công trình,

lõi có tiết diện kín, hở hoàn toàn hoặc nửa hở, tuy nhiên thực tế lõi cứng

thường có tiết diện hở hoặc nửa hở

Đây là hệ kết cấu được sử dụng khá phổ biến,

có thể sử dụng cho những công

trình có số tầng lên đến 60-70 tầng

Trang 18

+ Kết cấu hộp (ống)

Ở hệ này, các bản sàn được gối lên các kết cấu chịu tải nằm trong mặt phẳng

tường ngoài mà không cần các gối trung gian khác bên trong

Hệ ống với giải pháp lưới không gian có các thanh chéo thường dùng cho các

nhà có chiều cao lớn 40-60 m

Trang 19

Hệ kết cấu gồm các cột đặt dày đặc trên toàn bộ chu vi công trình được liên kết với nhau nhờ hệ thống dầm ngang gọi là kết cấu hộp (còn gọi là kết cấu ống)

Hệ hộp chịu tất cả tải trọng đứng và tải trọng ngang Các bản sàn được gối lên các kết cấu chịu tải nằm trong mặt phẳng tường ngoài mà không cần các kết cấu trung gian khác bên trong Khi các cột đặt thưa nhau thì kết cấu làm việc theo sơ đồ khung, khi các cột đặt kề nhau và hệ dầm có độ cứng lớn thì dưới tác dụng của tải trọng ngang kết cấu làm việc như một consol Trong thực tế, khoảng cách giữa các cột biên đặt theo một mức độ cho phép cho nên kết cấu ống, thực chất nằm trung gian giữa sơ đồ biến dạng consol và sơ đồ khung

Nhìn chung hệ hộp là hệ kết cấu được sử dụng chính với những công trình cao

chọc trời dạng tháp (Tower)

Trang 20

- Hệ kết cấu khung sử dụng hiệu quả cho công trình có không gian lớn, bố trí nội thất linh hoạt, phù hợp với nhiều loại công trình Tuy nhiên hệ khung có khả năng chịu cắt theo phương ngang kém Ngoài ra hệ thống dầm thường có chiều cao lớn nên ảnh hưởng đến không gian sử dụng và làm tăng độ cao của công trình

- Chiều cao nhà thích hợp cho kết cấu BTCT là không quá 30 tầng Nếu trong

vùng có động đất từ cấp 8 trở lên thì chiều cao khung phải giảm xuống Chiều cao tối đa của ngôi nhà còn phụ thuộc vào số bước cột, độ lớn các bước, tỷ lệ chiều cao và chiều rộng nhà

Trang 21

- Hệ hỗn hợp :là các hệ chịu lực được tổ hợp từ 2-3 loại cấu kiện cơ bản trở lên.

Bao gồm: kết cấu khung- vách;kết cấu khung -vách- lõi;…

Trang 22

Theo Taranath(2010), đối với nhà cao tầng có hệ chịu lực bằng BTCT

Trang 23

Từ các số liệu của công trình, ta chọn hệ chịu lực BTCT chính là : hệ kết cấu khung -vách.Vách cứng có thể bố trí theo một phương hoặc hai phương, hoặc liên kết nhau

thành một nhóm (kín hoặc hở)

Đặc điểm của kết cấu này là khả năng chịu tải trọng ngang rất tốt, vách thường

sử dụng trong nhà cao tầng chủ yếu để chịu tải ngang (trên 85%)

Kết cấu vách đạt hiệu quả trong nhà từ 20 đến 40 tầng

Khả năng chịu tải của vách phụ thuộc phần lớn vào hinh dạng tiết diện ngang của nó

Nhà cao tầng nên tránh dùng kết cấu thuần khung, thường nên kết hợp vách và khung

Trang 24

Với nhà cao <40m nếu phương án kiến trúc đƣợc coi là tối ưu thì bố trí các hệ

vách cứng phải tùy thuộc vào phương án kiến trúc

Với nhà cao >40m, bố trí hệ vách cứng tuân theo những yêu cầu sau:

- Cần phối hợp chặt chẽ với phương án kiến trúc, cần tăng chiều dày vách cứng

hơn là bố trí quá nhiều vách cứng, việc tăng số lượng vách cứng chỉ hợp lý đối với nhà có mặt bằng kéo dài

- Đảm bảo tính bất biến hình của ngôi nhà, tức là có một hệ thống vách cứng với ít nhất 3 vách không được cắt nhau trên một đường thẳng

Trang 25

Trang 26

Hệ hỗn hợp: KHUNG-TƯỜNG (Vách) chịu lực có 2 sơ đồ sau: SƠ ĐỒ GIẰNG và SƠ ĐỒ KHUNG GIẰNG

Sơ đồ giằng: Các liên kết cột-dầm là khớp Ở sơ đồ này, khung chỉ chịu 1 phần

tải trọng thẳng đứng tương ứng với diện tích truyền tải đến nó, còn toàn bộ tải trọng ngang do hệ tường chịu lực chịu Sự làm việc của nhà tương tự như hệ tường chịu lực chịu tải trọng ngang

Sơ đồ khung-giằng: Khi các cột liên kết cứng với dầm Ở sơ đồ này, khung cùng

tham gia chịu tải trọng (đứng và ngang) với tường Tính chất làm việc của sơ đồ này tương tự như hệ khung cứng có các giằng đứng

Trang 27

Trang 28

Cột:

Cột: là một bộ phận chịu nén, đỡ tải trọng cho công trình xây dựng, truyền tải trọng của công trình xuống dưới móng Cột được thiết kế cho từng công trình riêng biệt và ứng với các vị trí khác nhau thì cột được sử dụng cũng là khác nhau Ngoài ra trong công trình cột còn có giá trị thẩm mỹ Một cột cũng có thể coi như một bộ phận của bức tường Vì vậy, việc thiết kế cột trong công trình là một vấn đề khi xây dựng luôn được đề cập và quan tâm Công năng của cột để đỡ phần nhà chính, hành lang, đại sảnh, tiểu sảnh, Cột là một cấu trúc đòi hỏi độ vững chắc và độ cứng cao Thông thường trong xây dựng, cột được làm từ bê tông cốt thép, gạch, đá, tre, gỗ và kim loại.

Trang 29

1: HỆ KẾT CẤU

Chọn cột bê tông cốt thép là cột chịu lực của công trình:

Cột bê tông cốt thép là loại cột được làm từ nguyên liệu bê tông cốt thép.Tiết diện cột hình vuông, hình tròn, hình tám cạnh, hình chữ nhật, hình chữ thập, Trong thi công, người ta thường sử dụng cột hình vuông (khi chịu nén đúng tâm) và hình chữ nhật (khi chịu nén lệch tâm)

Cột bê tông cốt thép thường được dùng trong các công trình nhà khung bê tông cốt thép, khi đó chiều rộng cột thường được lấy bằng với chiều rộng của dầm

Trang 30

Nguyên tắc khi thiết kế cột bê tông cốt thép:

Khi thiết kế cột ta thường quan tâm nhiều đến mô men uốn và lực dọc (dùng để tính cốt thép dọc) Lực cắt trong cột thường nhỏ hơn so với khả năng chịu cắt của bê tông Vì vậy cốt đai trong cột thường được bố trí theo cấu tạo Mô men xoắn trong cột là mô men xoắn tương thích, đồng thời khả năng chịu xoắn của cột thường được bỏ qua trong phân tích kết cấu, vì vậy ít khi người ta thiết kế cột chịu xoắn

Trong thiết kế thi công công trình xây dựng, để đảm bảo cho cột bê tông cốt thép không bị mảnh quá thì tỷ số giữa chiều cao của cột (chiều dài tính toán của cột) và cạnh nhỏ hơn của cột không được lớn hơn 40 Thông thường cạnh nhỏ của cột thường > 200mm

Trong công trình xây dựng nhà ở gia đình, cột bê tông cốt thép thường có tiết diện không thay đổi từ dưới lên trên.

Trang 31

1.3 Các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng

Cách bố trí cốt thép trong cột:

- Cốt thép trong cột thường được đặt đối xứng, đường kính từ 12 - 22mm, trong một cột đặt ít nhất 4 thanh

- Khoảng cách cốt thép đai thường nhỏ hơn 15 lần đường kính cốt thép dọc lớn nhất, nhỏ hơn cạnh nhỏ của cột và nhỏ hơn 500mm Khoảng cách cốt thép đai tiêu chuẩn trong khoảng 150 - 200mm

- Đối với cột tiết diện hình chữ nhật thì cốt thép đặt dọc ở cạnh nhỏ của hình chữ nhật, nếu đường kính lớn hơn 250mm thì đường kính cốt thép dọc > 16mm

- Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép >25mm đối với cốt thép dọc và > 15mm đối với cốt thép đai

- Phía cạnh của cột có xây tường gạch phải bố trí cốt thép chờ đường kính 6mm dài > 200mm để liên kết tốt giữa cột và tường

- Cốt thép chân cột cần bẻ chân vịt và liên kết với cốt thép móng Khi thi công móng cần đặt cốt thép chờ để nối với các cốt thép dọc cột.

Trang 32

Dầm :

+ Định nghĩa và phân loại kết cấu dầm giằng:

Dầm là hệ thống kết cấu chịu lực theo phương ngang, có nhiệm vụ đỡ các mảng tường bao che khi thay đổi độ cao, làm làm lanh tô cho các lỗ cửa lớn, nhận tải trọng của tường truyền vào cột Ngoài ra dầm giằng còn có vai trò tăng cường độ cứng dọc của khung nhà.

Dầm có thể là BTCT hoặc bằng thép.

Trang 33

- Dầm : Phân loại:

Theo tính chất chịu lực có: dầm đơn, dầm liên tục, dầm côngxon,…

Dầm đơn Dầm liên tục

Trang 34

Trang 35

-Dầm : Phân loại:

Theo vật liêu có: dầm bêtông cốt thép, dầm kim loại,…

Dầm BTCT Dầm thép

Trang 36

Ngoài ra còn có dầm dọc, dầm ngang… Dầm bêtông cốt thép và dầm thép chủ yếu để đỡ bản bêtông cốt thép Dầm bêtông cốt thép có nhiều ưu điểm nên rất hay được dùng

Chọn dầm BTCT là dầm chịu lực cho công trình.

Cấu tạo dầm giằng và liên kết với các kết cấu khác

Nhịp của dầm giằng chính là khoảng cách giữa hai cột, thường là 6m

Dầm giằng BTCT lắp ghép thường dài 6 m, kích thước và hình dạng tiết diện ngang của dầm phụ thuộc vào lực tác động lên nó, thường có tiết diện chữ nhật hoặc chữ T Dầm giằng BTCT liên kết với cột bằng cách hàn các bản thép chôn sẵn ở dầm vào cột

Trang 37

Dầm bê tông cốt thép được hiểu (BTCT) là một cấu kiện gồm Bê Tông và Cốt Thép trong xây dựng thường có dạng hình chữ nhật, hình vuông Dầm thường được gối lên cột trong nhà ở và các công trình xây dựng nói chung Bê Tông là hỗn hợp gồm 3 thành phần chính là Xi Măng, Cát, Đá Như vậy có thể nói dầm Dầm bê tông cốt thép là hỗn hợp gồm Xi Măng, Cát, Đá và Thép (Thép gồm sắt Fe và Cacbon C

và một số nguyên tố hóa học khác)

Dầm là cấu kiện chịu uốn, khi nói dầm là cấu kiện chịu uốn nghĩa là dầm chịu uốn là chủ yếu vì bên cạnh chịu uốn thì dầm cũng một phần chịu nén nhưng nhỏ so với khả năng chịu uốn của dầm

Trang 38

Cốt thép trong dầm gồm : cốt dọc chịu lực, cốt dọc cấu tạo, cốt đai, cốt xiên

Trong dầm luôn tồn tại 4 cốt dọc ở 4 góc và cốt đai; cốt xiên có thể không

có

Cốt thép dọc chịu lực của dầm thường dùng nhóm AII, AIII hoặc CII, CIII

có đường kính = 12 -40 m.m và cốt đai trong dầm dùng để chịu lực ngang ít

nhất có đường kính = 4m.m(nhóm CI hoặc AI)

Trang 39

B) THEO PHƯƠNG NGANG

Kết cấu chịu lực theo phương ngang gồm sàn, các dầm Nó có nhiệm vụ kết hợp với kết cấu chịu lực thẳng đứng gồm: cột, vách (lõi)

Sàn ngoài chức nàng tiếp nhận tải trọng sừ dụng và truyền tải sang các dầm rồi truyền cho các kết cấu thẳng đứng (cột, vách) Sàn còn được xem là các vách cứng nằm ngang nối vói các vách cứng thẳng đứng thành một hệ không gian duy nhất

Sàn có vai trò phân phối tải trọng cho các kết cấu thẳng đứng

Khi tính nhà cao tầng dựa vào giả thiết sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của

nó nghĩa là chuyển vị của tất cả kết cấu đứng tại mỗi tầng có chuyển vị bằng nhau nếu sàn không có chuyển vị do xoắn

Trang 40

B) THEO PHƯƠNG NGANG

Tiêu đề	Xác Lập Hệ Kết Cấu Công Trình
Người hướng dẫn	ThS. Đỗ Huy Thạc
Trường học	Trường Đại Học Kiến Trúc Tp. Hồ Chí Minh
Thể loại	bài thuyết trình
Năm xuất bản	2018
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	144
Dung lượng	17,4 MB