Đồ án tốt nghiệp Trung tâm Thương mại Huetronics Plaza CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH 1 1 Nhu cầu đầu tư xây dựng công trình Ra đời từ năm 1989, Công ty Cổ phần Huetronics là doanh nghiệp nhà.
ĐẶC ĐIỂM KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
Nhu cầu đầu tư xây dựng công trình
Công ty Cổ phần Huetronics, thành lập từ năm 1989, là doanh nghiệp nhà nước hoạt động trong lĩnh vực điện, điện tử và điện gia dụng, nổi bật với việc lắp ráp các sản phẩm điện tử của các thương hiệu hàng đầu Trong những năm gần đây, công ty đã không ngừng phát triển mạnh mẽ nhờ vào sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin Dự án Trung Tâm Thương mại Huetronics Plaza sẽ giúp nâng cao khả năng phục vụ văn phòng, tăng cường tính cạnh tranh và xây dựng thương hiệu vững mạnh cho công ty Việc phát triển trung tâm thương mại còn giúp công ty quản lý và phục vụ khách hàng hiệu quả hơn, đồng thời đáp ứng nhu cầu về dịch vụ, giải pháp và sản phẩm đa dạng của thị trường Thêm vào đó, nhờ vào nhu cầu ngày càng lớn về khách sạn nghỉ dưỡng và nhà hàng tại trung tâm thành phố Huế, việc kết hợp xây dựng trung tâm thương mại và nhà khách sạn được xem là giải pháp tối ưu để khai thác tiềm năng phát triển của khu vực.
Công ty CP Huetronics đã đầu tư xây dựng dự án Trung tâm Thương mại Huetronics Plaza, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương Dự án được giao cho Công ty CP Kinh Doanh Nhà Thừa Thiên Huế (HOTRADICO) làm tổng thầu, đảm bảo tiến độ và chất lượng thi công Đội ngũ tư vấn thiết kế được lựa chọn là Công ty CP Kiến Trúc bhA, mang đến giải pháp sáng tạo và phù hợp với quy hoạch chung Các đơn nguyên công trình thuộc dự án được triển khai đồng bộ nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và mỹ thuật, góp phần nâng cao giá trị và khả năng cạnh tranh của trung tâm thương mại.
Các tài liệu và tiêu chuẩn dùng trong thiết kế kiến trúc
TCVN 4451-1987 - Nhà ở - Nguyên tắc cơ bản để thiết kế.
TCVN 4605 – 1998 “ Kỹ thuật nhiệt- Kết cấu ngăn che’ – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 2748-1991- Phân cấp công trình xây dựng - Nguyên tắc chung.
Nghị định NĐ 2209/ 2004 / NĐ-CP
TCVN 2622-1995 - Phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình - Yêu cầu thiết kế. TCVN 4474-1987 - Thoát nước bên trong - Tiêu chuẩn thiết kế.
TCVN 4513-1988 - Cấp nước bên trong - Tiêu chuẩn thiết kế.
TCXD 16-1986 - Chiếu sáng nhân tạo trong công trình dân dụng.
TCXD 29-1991 - Chiếu sáng tự nhiên trong công trình dân dụng.
TCXD 25-1991 - Đặt đường dây dẫn điện trong nhà ở và công trình công cộng- Tiêu chuẩn thiết kế.
TCXD 27-1991 - Đặt thiết bị điện trong nhà ở và công trình công cộng - Tiêu chuẩn thiết kế.
TCXDVN 266-2002 - Nhà ở - Hướng dẫn xây dựng công trình để đảm bảo người tàn tật tiếp cận sử dụng.
TCVN 5687 – 1992 “ Thông gió, điều tiết không khí, sưởi ấm” – Tiêu chuẩn thiết kế TCXD 46 – 1984 “ Chống sét cho các công trình xây dựng – Tiêu chuẩn thiết kế
Vị trí, đặc điểm, điều kiện tự nhiên khu đất xây dựng
Thành phố Huế nằm tại tọa độ 16-16,80 vĩ Bắc và 107,8-108,20 kinh Đông, cách Đà Nẵng 112 km và cách biển Thuận An 14 km Phía Bắc và phía Tây của thành phố giáp thị xã Hương Trà, trong khi phía Nam tiếp giáp thị xã Hương Thủy, phía Đông giáp thị xã Hương Thủy và huyện Phú Vang Thành phố nằm bên bờ hạ lưu sông Hương, gần đèo Hải Vân, với sân bay quốc tế Phú Bài cách đó 14 km, và Cảng nước sâu Chân Mây cách 50 km, là vị trí chiến lược về giao thông và phát triển kinh tế.
Thành phố Huế có khí hậu đặc thù khác biệt so với Bắc Bộ và Nam Bộ, với sự phân hóa rõ rệt theo miền và khu vực trong tỉnh Vùng duyên hải và đồng bằng trải qua hai mùa rõ rệt: mùa khô từ tháng 3 đến tháng 8, nhiệt độ có thể lên tới 39,9°C và trời nóng bức; mùa mưa kéo dài từ tháng 8 đến tháng 1, đi kèm với mưa kéo dài nhiều ngày, dễ xảy ra bão lụt và nhiệt độ trung bình chỉ còn khoảng 19,7°C, thậm chí có thể giảm xuống còn 8,8°C vào những ngày lạnh.
Vùng núi mưa nhiều, khí hậu mát mẻ, nhiệt độ dao động từ 9 °C đến 29 °C.
Quy mô công trình
Trung tâm thương mại Huetronics Plaza nổi bật với hai khối công trình đa dạng gồm một khối thấp tầng và một khối cao tầng, mang đến không gian mua sắm và dịch vụ phong phú Trung tâm còn được trang bị một tầng hầm rộng rãi để làm bãi đỗ xe, giúp khách hàng dễ dàng tiếp cận và tiết kiệm thời gian Với kiến trúc hiện đại và tiện ích đa dạng, Huetronics Plaza là lựa chọn lý tưởng cho nhu cầu mua sắm và giải trí tại khu vực.
Khối công trình thấp tầng gồm 5 tầng, trong đó có 1 tầng hầm Tầng trệt được thiết kế làm trung tâm siêu thị điện máy và công nghệ thông tin, đáp ứng nhu cầu mua sắm của khách hàng Tầng 2 dành cho dịch vụ nhà hàng, mang đến không gian thưởng thức ẩm thực đa dạng Tầng 3 và tầng 4 dành cho văn phòng của công ty và văn phòng cho thuê, tạo cơ hội kinh doanh linh hoạt Tầng mái được bố trí làm nhà hàng, mở ra không gian ngoài trời lý tưởng cho khách thưởng thức ẩm thực.
Khối công trình cao tầng bao gồm các khách sạn nằm từ tầng 5 đến tầng 14, mang đến hệ thống phòng nghỉ chất lượng cao cho khách hàng Tầng mái của công trình được thiết kế với các tiện ích như nhà hàng, quán cà phê sân vườn và bể bơi, tạo không gian thư giãn lý tưởng cho cư dân và khách tham quan.
Giải pháp kiến trúc
1.5.1 Thiết kế mặt bằng tổng thể
Hạng mục công trình được xây dựng trên khu đất ở vị trí khu đất như sau:
Phía Tây Bắc : Giáp đường Lương Thế Vinh (B= 4.5m).
Phía Tây Nam : Giáp đường Hoàng Hoa Thám (B= 13 m).
Diện tích công trình xây dựng: 1055 m 2
1.5.2 Giải pháp thiết kế mặt bằng
Mặt bằng tầng hầm được bố trí các phòng kỹ thuật và phần diện tích còn lại dành cho ô tô, xe máy Tầng hầm 1 còn có thêm bể chứa nước và bể phốt để đảm bảo hệ thống tiện ích hoạt động hiệu quả Thiết kế mặt bằng tầng hầm có độ dốc hướng về phía rãnh thoát nước là 0,1%, giúp giải quyết vấn đề vệ sinh và thoát nước nhanh chóng, giảm thiểu rủi ro ngập úng.
Mặt bằng tầng 1: bố trí làm siêu thị, các phòng kĩ thuật, có sảnh lớn và phòng chờ để đón khách.
Mặt bằng tầng 2: gồm siêu thi, văn phòng làm việc, phòng vệ sinh…
Mặt bằng tầng 3: được bố trí văn phòng làm việc, phòng hội thảo và trung tâm giới thiệu công nghệ mới.
Mặt bằng tầng 4: Được dùng vào việc kinh doanh nhà hàng, cà phê sân vườn, giải trí, bể bơi, phòng trà.
Mặt bằng tầng 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12: được dùng vào việc kinh doanh khách sạn. Mặt bằng tầng mái: dùng để đặt bể nước mái và hệ thống kỹ thuật thang máy.
1.5.3 Giải pháp thiết kế mặt đứng
Dưới đây là đoạn văn đã được tối ưu hóa theo quy tắc SEO dựa trên nội dung gốc của bạn: Công trình tại TP Huế là công trình lớn, nổi bật với hình khối kiến trúc hiện đại độc đáo, mang lại vẻ hoành tráng và ấn tượng cho không gian đô thị.
1.5.4 Giải pháp thiết kế mặt cắt
Nhằm thể hiện nội dung bên trong công trình, kích thước cấu kiện cơ bản, công năng của các phòng.
Dựa trên đặc điểm sử dụng và các yêu cầu về vệ sinh, ánh sáng tự nhiên cùng hệ thống thông gió cho các phòng chức năng, việc lựa chọn chiều cao tầng cần phù hợp để đảm bảo không khí trong lành và ánh sáng tự nhiên đủ cho các không gian này Việc thiết kế chiều cao tầng phù hợp giúp tối ưu hóa khả năng thoáng khí, giảm thiểu các vấn đề liên quan đến vệ sinh và tạo không gian tiện lợi, thoáng đãng cho người sử dụng.
Các tầng còn lại cao 3.3 m.
Giao thông trong công trình
Hệ thống giao thông theo phương đứng được bố trí với 3 thang máy cho đi lại, 2 cầu thang bộ kích thước vế thang lần lược là 1,3m và 2,5 m
Hệ thống giao thông theo phương ngang với các hành lang được bố trí phù hợp với yêu cầu đi lại.
Các giải pháp kỹ thuật
Tuyến điện trung thế 15KV qua ống dẫn đặt ngầm dưới đất kết nối trực tiếp tới trạm biến thế của công trình, đảm bảo cung cấp nguồn điện ổn định Ngoài ra, công trình còn được trang bị hệ thống điện dự phòng gồm hai máy phát điện đặt tại tầng hầm, sẵn sàng hoạt động khi nguồn điện chính gặp sự cố Trong trường hợp mất điện chính, máy phát điện dự phòng sẽ nhanh chóng cung cấp điện để duy trì hoạt động liên tục của công trình.
- Các hệ thống phòng cháy chữa cháy.
- Hệ thống chiếu sáng và bảo vệ.
- Các phòng làm việc ở các tầng.
- Hệ thống máy tính và các dịch vụ quan trọng khác.
Hệ thống cấp nước thành phố dẫn nước vào bể ngầm đặt tại tầng hầm công trình, sau đó tự động bơm lên bể nước mái để đảm bảo cung cấp nước liên tục Quá trình điều khiển bơm tự động giúp duy trì hoạt động ổn định của hệ thống Nước sau đó được phân phối qua các đường ống kỹ thuật để đến các vị trí lấy nước cần thiết, đảm bảo nguồn cung cấp nước an toàn và hiệu quả.
Nước mưa từ mái công trình, logia và ban công cùng với nước thải sinh hoạt đều được thu gom vào xênô để xử lý Sau quá trình xử lý, nước đạt chuẩn sẽ được xả vào hệ thống thoát nước của thành phố, góp phần bảo vệ môi trường và duy trì hệ thống thoát nước hiệu quả.
1.7.4 Hệ thống thông gió và chiếu sáng
Tận dụng tối đa khả năng thông gió tự nhiên nhờ hệ thống cửa sổ, giúp cải thiện lưu thông không khí trong không gian Đồng thời, hệ thống điều hòa không khí được thiết kế xử lý và làm lạnh qua hệ thống đường ống chạy theo các hộp kỹ thuật theo phương đứng, sau đó phân phối qua trần theo hướng ngang đến các khu vực tiêu thụ Các giải pháp này kết hợp nhằm tối ưu hóa hiệu quả làm mát, tiết kiệm năng lượng và nâng cao sự thoải mái cho người sử dụng trong công trình.
Tận dụng tối đa ánh sáng tự nhiên bằng cách lắp đặt hệ thống cửa sổ bằng kính tại các mặt của công trình giúp tối ưu hóa lượng ánh sáng tự nhiên nội thất Bên cạnh đó, việc bố trí ánh sáng nhân tạo hợp lý đảm bảo các khu vực cần thiết luôn được chiếu sáng đầy đủ, tạo môi trường sống hoặc làm việc thoáng đãng, tiện nghi.
1.7.5 An toàn phòng cháy, chữa cháy
Hệ thống báo cháy được lắp đặt tại mỗi phòng và các tầng trong công trình nhằm đảm bảo an toàn tối đa Thiết bị phát hiện báo cháy đảm bảo phát hiện chính xác mọi nguy cơ cháy nổ, trong khi mạng lưới báo cháy được trang bị đồng hồ và đèn báo cháy để cảnh báo kịp thời Khi phát hiện cháy, tín hiệu sẽ gửi đến phòng quản lý, giúp kiểm soát và ứng phó nhanh chóng, khống chế hỏa hoạn hiệu quả This comprehensive fire detection and alarm system nâng cao khả năng phòng cháy chữa cháy, bảo vệ tính mạng và tài sản của toàn bộ công trình.
Thiết kế công trình đảm bảo tuân thủ các yêu cầu phòng chống cháy nổ và các tiêu chuẩn liên quan, bao gồm các bộ phận ngăn cháy, lối thoát nạn, và hệ thống cấp nước chữa cháy Tất cả các tầng đều được lắp đặt bình CO2 và hệ thống đường ống chữa cháy tại các nút giao thông chính, nhằm đảm bảo an toàn tối đa trong trường hợp khẩn cấp.
1.7.6 Hệ thống xử lý rác thải
Rác thải ở mỗi tầng sẽ được thu gom và đưa xuống tầng kĩ thuật, tầng hầm bằng ống thu rác Rác thải được mang đi xử lí mỗi ngày.
Vật liệu hoàn thiện chất lượng cao giúp công trình chống chịu tốt với thời tiết khắc nghiệt, đảm bảo sử dụng lâu dài Nền nhà được lát bằng gạch Ceramic bền đẹp, chịu mài mòn và dễ vệ sinh Tường được quét sơn chống thấm, ngăn ngừa ẩm mốc, giữ cho không gian luôn khô ráo và bền vững theo thời gian.
- Các khu phòng vệ sinh, nền lát gạch chống trượt, tường ốp gạch men trắng cao 2m
Vật liệu trang trí sử dụng loại cao cấp đảm bảo tính kỹ thuật cao, giúp tạo nên không gian sang trọng và bền bỉ Màu sắc trang nhã của các vật liệu này góp phần mang đến cảm giác thư thái, thoải mái cho người nghỉ ngơi Nhờ vào chất lượng và vẻ đẹp tinh tế, các vật liệu cao cấp giúp nâng tầm không gian nội thất, làm hài lòng các khách hàng yêu thích sự đẳng cấp và tinh tế trong thiết kế.
- Hệ thống cửa dùng cửa kính khuôn nhôm.
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
Lựa chọn giải pháp kết cấu công trình
2.1.1 Hệ kết cấu chịu lực cơ bản : hệ kết cấu khung, hệ kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng và kết cấu hộp (ống).
2.1.2 Hệ kết cấu chịu lực hỗn hợp: kết cấu khung - giằng, kết cấu khung vách, kết cấu ống - lõi và kết cấu ống tổ hợp.
Trong công trình hệ sàn có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc không gian của kết cấu.
Trong nhà cao tầng, việc phân tích chính xác kết cấu là rất quan trọng để lựa chọn phương án phù hợp với kết cấu của công trình Hệ kết cấu nằm ngang, gồm sàn và sàn dầm, đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo tính ổn định và khả năng chịu lực của công trình cao tầng.
Bản chất của sàn chịu các tải trọng thẳng đứng như tải trọng bản thân sàn, người đi lại, thiết bị đặt trên sàn nhằm truyền xuống hệ chịu lực thẳng đứng, từ đó chuyển tải xuống móng và nền đất Sàn còn đóng vai trò như một màng cứng liên kết các cấu kiện chịu lực theo phương đứng, giúp chúng làm việc đồng bộ và hiệu quả hơn, đặc biệt rõ rệt khi công trình phải đối mặt với các tải trọng ngang.
Lựa chọn phương án sàn dựa trên các tiêu chí: Đáp ứng công năng sử dụng.
Thi công đơn giản. Đảm bảo chất lượng kết cấu công trình. Độ võng thoả mãn yêu cầu cho phép.
Với vai trò như trên, ta lựa chọn phương án hệ sàn sườn cấu tạo bao gồm sàn bản dầm và sàn bản kê 4 cạnh cho công trình.
Lựa chọn vật liệu
Vật liệu được khai thác từ nguồn địa phương, giúp giảm chi phí xây dựng và đảm bảo tính bền vững của dự án Các vật liệu này có giá thành hợp lý, phù hợp với ngân sách dự án và giúp giảm lượng khí thải khác Đặc biệt, vật liệu địa phương có khả năng chịu lực tốt, đảm bảo an toàn kết cấu, cũng như khả năng biến dạng phù hợp với yêu cầu kỹ thuật Việc sử dụng vật liệu từ nguồn địa phương không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn thúc đẩy phát triển kinh tế vùng, góp phần xây dựng các công trình bền vững.
Vật liệu xây có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, khả năng chống cháy tốt.
Vật liệu có tính biến dạng cao: khả năng biến dạng cao có thể bổ sung cho tính chịu lực thấp.
Vật liệu có tính thoái biến thấp: có tác dụng tốt khi chịu tải trọng lặp lại (động đất, gió bão).
Vật liệu có tính liền khối cao: có tác dụng trong trường hợp tải trọng có tính chất lặp lại không bị tách rời các bộ phận công trình.
Nhà cao tầng thường có tải trọng lớn, do đó việc sử dụng vật liệu nhẹ giúp giảm đáng kể trọng lượng công trình Việc này không những giảm tải trọng đứng mà còn hạn chế tác động của tải trọng ngang do lực quán tính gây ra Chọn vật liệu phù hợp và nhẹ là yếu tố quan trọng trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng nhằm đảm bảo an toàn và tối ưu hóa kết cấu công trình.
Bê tông dùng trong nhà cao tầng có cấp độ bền từ B25 ÷ B60.
Dựa vào đặc điểm của công trình và khả năng chế tạo vật liệu, chúng ta lựa chọn sử dụng bê tông cấp độ bền B25-MaC400 để đảm bảo tính ổn định và chất lượng công trình Bê tông cấp độ B25-MaC400 phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật và khả năng thi công, giúp tối ưu hóa hiệu quả và độ bền của công trình xây dựng Việc lựa chọn đúng loại bê tông theo tiêu chuẩn kỹ thuật là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và tuổi thọ lâu dài cho dự án.
Trọng lượng riêng (kể cả cốt thép):
Cường độ tiêu chuẩn chịu nén dọc trục:
Cường độ tiêu chuẩn chịu kéo dọc trục:
Cường độ tính toán khi chịu nén dọc trục:
Cường độ tính toán khi chịu kéo dọc trục:
Cốt thộp trơn ỉ < 10mm dựng loại AI với cỏc chỉ tiờu:
Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn:
Cường độ chịu kéo tính toán cốt thép dọc:
Cường độ chịu nén tính toán cốt thép dọc:
Cường độ tính toán cốt ngang:
Cốt thộp trơn ỉ ≥ 10mm dựng loại AII với cỏc chỉ tiờu:
Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn:
Cường độ chịu kéo tính toán cốt thép dọc:
Cường độ chịu nén tính toán cốt thép dọc:
Cường độ tính toán cốt ngang:
Tiêu chuẩn, quy phạm dùng trong tính toán kết cấu
Tải trọng và tác động TCVN 2737-95 [1]
Tiêu chuẩn thiết kê nhà ở cao tầng TCXDVN 323-2004 [2]
Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép TCVN 356-2005 [3]
Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế TCXD 205-1998 [4]
Chỉ dẫn tính toán thành phần động của gió TCXD 299-1999 [5]
Phương án tính toán kết cấu
Mô hình tổng thể công trình Plaza Electronics Hue
2.4.2 Tải trọng lên công trình
Tĩnh tải : Tải trọng bản thân(Self Weight) + tải tường + lớp hoàn thiện.
Gió tĩnh : GTX, GTXX, GTY và GTYY.
Gió động : GDX, GDXX, GDY và GDYY
2.4.3 Lựa chọn công cụ tính toán
Sử dụng Excel kết hợp mô hình trên Etabs.
2.4.4 Tính toán xác định nội lực :
Sau khi mô hình hoàn thiện trên Etabs ta tiến hành chạy (Run analyze) mô hình và lấy kết quả nội lực từ đó.
Lựa chọn sơ bộ tiết diện
2.5.1 Sơ bộ chọn tiết diện cột
Kích thước tiết diện cột thường được chọn trong giai đoạn thiết kế sơ bộ dựa trên kinh nghiệm thiết kế, các kết cấu tương tự hoặc qua các phương pháp tính toán sơ bộ Việc xác định tiết diện cột phù hợp đóng vai trò quan trọng để đảm bảo tính ổn định và an toàn của công trình Theo các công thức kinh nghiệm, kích thước tiết diện cột được tính toán nhằm tối ưu hóa khả năng chịu lực và tiết kiệm vật liệu.
- Rb:cường độ chịu nén của bêtông Bêtông có cấp độ bền B25 thì Rb50(T/m 2 ).
Trong thiết kế cột, hệ số KT phản ánh ảnh hưởng của các yếu tố như mômen uốn, hàm lượng cốt thép và độ mảnh của cột Đối với cột biên, hệ số KT được chọn là 1,2 để phản ánh tính chất chịu lực đặc biệt của khu vực biên Trong khi đó, với cột giữa, hệ số KT được lấy là 1,1 nhằm đảm bảo tính chính xác trong tính toán và an toàn kết cấu Việc xác định đúng hệ số KT là yếu tố quan trọng để đảm bảo khả năng chịu lực và độ bền của cột trong các công trình xây dựng.
- N: lực nén được tính toán gần đúng: N = mS.q.FS
- mS: số sàn phía trên tiết diện đang xét.
- FS: diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét Lấy với ô sàn có diện tích lớn nhất
Tải trọng tương đương tính trên mỗi mét vuông mặt sàn (q) là yếu tố quan trọng trong thiết kế kết cấu, bao gồm cả tải trọng thường xuyên và tạm thời trên bản sàn, cũng như trọng lượng của dầm, tường và cột được phân bố lên sàn Giá trị q thường được xác định dựa trên kinh nghiệm thiết kế, với phạm vi từ 0.8 đến 1.2 T/m² Trong quá trình thiết kế, ta thường chọn q=1 T/m² để đảm bảo tính chính xác và an toàn cho công trình.
Bảng 1 Sơ bộ tiết diện cột biên tầng hầm
Bảng 2 Sơ bộ tiết diện cột giữa tầng hầm
Từ 1, 2 bảng ta chọn sơ bộ tiết diện cột tầng hầm như sau:
Kết quả tính toán sơ bộ tiết diện cột ở các tầng được thê hiện ở bảng 3 và 4.
Bảng 3 Sơ bộ tiết diện cột biên các tầng
Bảng 4 Sơ tiết diện cột giữa
Để đảm bảo tính toán chính xác và sự ổn định của hệ kết cấu, phương án chọn tiết diện cột phù hợp là yếu tố quan trọng Việc lựa chọn tiết diện cột giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực và đảm bảo an toàn công trình Do đó, lựa chọn tiết diện cột phù hợp sẽ góp phần nâng cao hiệu quả thi công và độ bền của công trình xây dựng.
+ Cột Biên : - Tầng Hầm - Tầng 3: Tiết diện cột 600x600 (mm 2 )
- Tầng 4 - Tầng 7: Tiết diện cột 550x550 (mm 2 )
- Tầng 8 - Tầng 10: Tiết diện cột 500x500 (mm 2 )
- Tầng 11 - Tầng mái: Tiết diện cột 450x450 (mm 2 ) + Cột giữa : - Tầng Hầm - Tầng 3: Tiết diện cột 800x800 (mm 2 )
- Tầng 4 - Tầng 7: Tiết diện cột 750x750 (mm 2 )
- Tầng 8 - Tầng 10: Tiết diện cột 700x700 (mm 2 )
- Tầng 11 - Tầng mái: Tiết diện cột 650x650 (mm 2 ) + Cột tại vị trí khác chọn : 300x200 và 200x600 cho tất cả các tầng
2.5.2 Sơ bộ chọn tiết diện dầm
Chiều cao tiết diện dầm hd được chọn theo nhịp:
+ m d - hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng:
Chiều rộng tiết diện dầm (b_d) được chọn trong khoảng phù hợp để đảm bảo khả năng thi công thuận tiện, thường là các bội số của 50 mm Để giảm chiều cao tầng và tiết kiệm không gian, ta ưu tiên chọn chiều cao dầm nhỏ lại kết hợp với việc tăng bề rộng dầm Kích thước sơ bộ của tiết diện dầm đã được thể hiện rõ ràng trong bảng 5, giúp dễ dàng lựa chọn phù hợp cho từng công trình.
Bảng 5 Sơ bộ tiết diện dầm
Số hiệu dầm b (mm) h (mm) Loại dầm
THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Số liệu tính toán
Sơ bộ chọn chiều dày sàn
Chiều dày bản sàn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng Sơ bộ xác định chiều dày h b theo biểu thức:
l: chiều dài cạnh ngắn của bản
D = 0.8 1.4 phụ thuộc vào tải trọng Chọn D=1.
Trong quá trình chọn kích thước nhịp các bản, không nên chênh lệch quá lớn để đảm bảo sự đồng bộ và thuận tiện trong thi công Ta chọn h_b là chiều cao của ô lớn nhất làm chuẩn cho các ô còn lại, giúp tối ưu hóa quá trình tính toán và thi công Để phù hợp với công trình dân dụng, cần đảm bảo h_b > 6 cm Kết quả tính toán cụ thể đã được trình bày trong bảng 6, giúp dễ dàng theo dõi và áp dụng vào dự án.
Bảng 6 Sơ bộ chiều dày sàn
SÀN Kich thước Tỷ số
Dựa trên bảng dữ liệu, nhiều vị trí chiều dày sàn đạt đến 14cm; tuy nhiên, vì các khu vực này không có điểm đặc trưng về chức năng phòng, nên việc lựa chọn chiều dày sàn phù hợp cần thiết để đảm bảo thi công thuận lợi và đơn giản trong tính toán Do đó, chiều dày bản sàn được đề xuất là 13cm để tối ưu cả về kỹ thuật và hiệu quả thi công.
Sơ đồ sàn tầng điển hình
Mặt bằng bố trí dầm, sàn được bố trí như hình 2 Số hiệu dầm được thể hiện ở bảng 5 và 6.
Xác định tải trọng tác dụng lên sàn
3.3.1 Tĩnh tải a Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn
Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn được tính theo công thức sau: g = gi.ngi
Trong đó: gi - trọng lượng bản thân lớp cấu tạo thứ i. ngi - hệ số độ tin cậy thứ i.
Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 7.
Bảng 7 Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn
Lớp vật liệu Chiều dày Tr.lượng riêng gtc Hệ số n gtt
Tổng cộng 433 500.4 b Trọng lượng tường ngăn và tường bao che trong phạm vi ô sàn
Tường ngăn giữa các khu vực trên mặt bằng có chiều dày 100mm, xây bằng gạch rỗng với trọng lượng riêng γ = 1800 kg/m³, giúp phân chia không gian một cách hiệu quả Đối với các ô sàn không có dầm đỡ, tải trọng của tường được xem là phân bố đều trên sàn, trong khi trọng lượng của tường đặt trực tiếp trên dầm sẽ được qui đổi thành tải trọng phân bố truyền vào dầm để đảm bảo tính toán chính xác kết cấu.
Chiều cao tường được xác định: ht = H-hds.
hds: chiều cao dầm hoặc sàn trên tường tương ứng.
Công thức qui đổi tải trọng tường trên ô sàn về tải trọng phân bố trên ô sàn : g t−s tt n t ( S t −S c ) δ t γ t +n c S c γ c
St(m 2 ): diện tích bao quanh tường.
nt,nc: hệ số độ tin cậy đối với tường và cửa.(nt=1.1;nc=1.3).
δ t = 0.1(m): chiều dày của mảng tường.
γ t = 1800(kG/m 3 ): trọng lượng riêng của tường
γ c = 25(kG/m 2 ): trọng lượng của 1m 2 cửa khung gỗ.
Si(m 2 ): diện tích ô sàn đang tính toán.
Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 8.
Bảng 8: Bảng tính tĩnh tải các ô sàn có tường ngăn quy về sàn
SÀN Kích thước Diện tích St Sc
Hoạt tải tiêu chuẩn ptc(kg/cm 2 ) lấy theo TCVN 2737-1995.
Công trình được phân chia thành nhiều loại phòng có chức năng khác nhau, đảm bảo phù hợp với mục đích sử dụng Để xác định hoạt tải tiêu chuẩn cho từng loại phòng, ta dựa vào chức năng và đặc điểm của từng không gian Sau đó, hoạt tải tiêu chuẩn này được nhân với hệ số vượt tải n để có hoạt tải tính toán chính xác hơn, gọi là ptt (kg/cm²) Việc tính toán hoạt tải đúng cách đảm bảo an toàn và hiệu quả cho công trình xây dựng.
Trong quá trình thiết kế hệ sàn, ta cần xác định các loại hoạt tải tác dụng để đảm bảo tính an toàn và độ bền của công trình Đối với các ô sàn có nhiều loại hoạt tải khác nhau, ta sẽ chọn giá trị lớn nhất trong các hoạt tải để thực hiện tính toán chính xác Bảng tính hoạt tải sàn tầng điển hình cung cấp các giá trị hoạt tải tiêu chuẩn cần thiết cho quá trình thiết kế, giúp các kỹ sư lựa chọn phương án phù hợp nhằm đảm bảo khả năng chịu lực của hệ sàn trước các tác động của tải trọng Việc xác định đúng hoạt tải lớn nhất đảm bảo công trình có khả năng chống chịu tốt trước các tác động của tải trọng thực tế, góp phần nâng cao độ an toàn và tuổi thọ của hệ sàn xây dựng.
Bảng 9: bảng tính hoạt tải sàn tầng điển hình
Loại Phòng Tên Ô Sàn p tc (kg/m 2 ) Hệ số vượt tải n p tt (kg/m 2 ) Cửa hàng S1, S2, S4, S5, S11,
Xác định nội lực
Theo giả thuyết tính toán, các ô bản dầm được xem như các ô bản độc lập, không xem xét ảnh hưởng của các ô bản kế cận Phương pháp tính dựa trên sơ đồ đàn hồi, với kích thước ô bản lấy từ trục dầm đến trục dầm, giúp đảm bảo độ chính xác cao trong thiết kế Để đơn giản hóa, ta cắt dải bản rộng 1 mét theo phương cạnh ngắn và xem đó như một dầm riêng biệt Sơ đồ tính toán minh họa theo hình 3, thể hiện các yếu tố chiều cao d, chiều dày h, và các ký hiệu D1, D2 nhằm mô tả chi tiết các đặc trưng của cấu trúc.
Hình 3 Sơ đồ tính bản loại dầm
Giả thuyết tính toán cho các ô bản kê là độc lập, không xem xét ảnh hưởng của các ô kế cận, dựa trên sơ đồ đàn hồi Kích thước ô bản được lấy từ trục dầm đến trục dầm, cắt theo cạnh ngắn và dài với các dải rộng 1m để tính toán Tuỳ thuộc vào điều kiện liên kết của bản với các dầm xung quanh, có thể chọn trong 9 loại sơ đồ tính bản sẵn có, thể hiện rõ trong hình 4.
Hình 4 Sơ đồ tính bản kê 4 cạnh
Các giá trị mômen được tính toán theo các công thức sau:
Mômen dương lớn nhất ở giữa nhịp: M1 = P; M2 = P
Mômen âm lớn nhất ở gối: MI = P; MII = P
P = q.l1.l2 : tổng tải trọng tác dụng lên ô bản.
, , , : các hệ số được xác định bằng cách tra bảng, phụ thuộc vào tỷ số l2/l1 và sơ đồ làm việc của từng ô sàn.
Tính toán và bố trí cốt thép
Tính thép bản như cấu kiện chịu uốn có bề rộng b = 1m, chiều cao h=hs.
ho= h-a; a- là khoảng cách từ mép bê tông đến chiều cao làm việc, chọn lớp dưới a
M: moment tại vị trí tính thép.
- Nếu m R : tăng kích thước hoặc tăng cấp độ bền của bêtông để đảm bảo điều kiện hạn chế m R
Diện tích cốt thép yêu cầu trong phạm vi bề rộng bản b = 1m:
Chọn đường kính cốt thép, khoảng cách a giữa các thanh thép:
Bố trí cốt thép với khoảng cách a BT a TT , tính lại diện tích cốt thép bố trí A S BT
Kiểm tra hàm lượng cốt thép:
nằm trong khoảng 0,3%÷0,9% là hợp lý.
- Nếu 2 Bản vế 1,2 làm việc theo phương cạnh ngắn L1, xem nó làm việc như 1 bản sàn loại dầm.
Cắt 1 dãy có bề rộng b=1m chịu tải trọng phân bố tính theo phương cạnh ngắn L1 Mnh
Hình 7 Sơ đồ tính bản thang
Tính toán cho ô sàn hình chữ nhật có kích thước L1xL2 = (1.8x2.8)m
Xét tỉ số L2/L1=2.8/1.8 = 1.56 300 thì sct = min (3h/4, 500)
Dựa trên các điều kiện đã xác định, bước đai sơ bộ được chọn cho đoạn gần gối tựa là cốt đai φ6 hai nhánh, thép Sct0 Đối với đoạn giữa nhịp, bước đai cũng sử dụng cốt đai φ6 hai nhánh Sct0 nhằm đảm bảo tính chịu lực và độ bền của kết cấu bê tông cốt thép Việc lựa chọn cốt đai phù hợp là yếu tố quan trọng để tăng cường khả năng chịu lực và ổn định cho công trình xây dựng.
4.2.6 Tính Dầm chiếu nghỉ (quá trình tính toán tương tự như DCT2)
Sơ đồ tính của dầm chiếu tới DCT được thể hiện như hình 10.
Hình 10 Sơ đồ tính dầm chiếu nghỉ
Với: L = 2.8 (m),kích thước tiết diện : (bxh)=(200x300)mm
Sơ đồ tính là dầm đơn giản, nhịp tính toán là khoảng cách giữa 2 trục cột, chịu tác dụng của:
Tải do bản thân dầm:
(kN/m) Tải do lớp vữa trát:
(kN/m) Tải trọng do bản chiếu nghỉ truyền vào: (dạng hình thang quy về dạng phân bố đều)
Vậy q = gd+gvt+gt+gbt+gcn = 0.935+0.14+11.935 = 15.551 (kN/m)
Tải trọng tập trung do cốn C1 và C2 truyền vào:
Tính toán và bố trí cốt thép chịu lực :
Xác định và kiểm tra điều kiện hạn chế :
Diện tích cốt thép cần thiết:
Kiểm tra hàm lượng cốt thép :
Tính toán và bố trí cốt thép đai: Qmax = 40.12 (kN)
Kiểm tra điều kiện tính toán cốt đai:
Nếu thì không cần tính toán cốt đai mà đặt theo cấu tạo.
ϕ b 2 ,ϕ b 3 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của loại bê tông.
ϕ b 2 =2,0; ϕ b3 = 0,6: Đối với bê tông nặng và bê tông tổ ong.
ϕ b 2 =1,7; ϕ b 3 = 0,5: Đối với bê tông hạt nhỏ.
ϕ f : hệ số kể đến ảnh hưởng cánh tiết diện chữ T hoặc chữ I khi cánh nằm trong vùng nén Đối với tiết diện hình chữ nhật ϕ f =0
ϕ n : hệ số kể đến ảnh hưởng của lực dọc trục
Trong mọi trường hợp có thể lấy: 1+ϕ f +ϕ n ≤1,5
Vậy QMax = 39.99 (kN) < Qbmin = 49.14 (kN) ị Khụng cần tớnh lại cốt đai, bản thõn bê tông đã đảm bảo chịu lực cắt.
Chọn cốt đai theo điều kiện cấu tạo:
Đoạn gần gối tựa (1/4): Khi h ≤ 450 thì sct = min (h/2, 150)
Đoạn giữa nhịp (1/2) : Khi h > 300 thì sct = min (3h/4, 500)
Dựa trên các điều kiện đã đề cập, chúng tôi lựa chọn sơ bộ bước đai phù hợp Cụ thể, đoạn gần gối tựa (1/4) được chọn cốt đai φ6 hai nhánh theo tiêu chuẩn Sct0, trong khi đoạn giữa nhịp (1/2) cũng sử dụng cốt đai φ6 hai nhánh Sct0 để đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực của kết cấu.
Bảng 13 Tổng hợp cốt thép dầm cầu thang
Cấu kiện Nhịp L(m) Điểm đặt Momen
Q(kN) Cốt dọc Cốt đai
Tính Toán Kết Cấu Khung
Tải trọng thẳng đứng
Tĩnh tải gồm trọng lượng của các kết cấu như cột, dầm sàn và tải trọng từ tường, vách trên công trình Khi xác định tĩnh tải, cần xác định trọng lượng đơn vị để làm cơ sở phân tải sàn về các dầm theo diện phân tải và độ cứng Phần mềm ETABS tự động cộng tải trọng bản thân các phân tử vách, cột, dầm và sàn khi khai báo hệ số trọng lượng, do đó không cần tính riêng trọng lượng của các kết cấu chịu lực Tĩnh tải bản thân của sàn phụ thuộc vào cấu tạo các lớp sàn, ảnh hưởng trực tiếp đến phân phối trọng tải trong kết cấu.
Trọng lượng các lớp sàn ở tầng điển hình và sàn mái, tải trọng tường tác dụng trong phạm vi ô sàn được thể hiện như ở bảng 14
Bảng 14 Tĩnh tải các lớp cấu tạo sàn
Lớp vật liệu Chiều dày Tr.lượng riêng gtc Hệ số n gtt
Tĩnh tải tường ngăn quy về lực phân bố đều trên sàn được thể hiện ở bảng 15.
Bảng 15 Tĩnh tải tường ngăn trên sàn
Tầng Sàn Kích thước Diện tích St yt nt nc yc Sc tt s g t l1 l2 (m 2 ) (m 2 ) (m) Kg/m 3 Kg/m 3 (m 2 ) Kg/m 2
Bảng 16 Tĩnh tải thiết bị đặt lên ô sàn
Loại thiết bị đặt lên sàn
3 289.94 2.8425Tổng tĩnh tải tường ngăn và tải của 1 số thiết bị đặt lên sàn :
Bảng 17 Tổng tĩnh tải tác dụng lên ô sàn
Các ô sàn còn lại lấy giá trị tĩnh tải là 142.9 Kg/m 2
Tĩnh tải tường ngăn và tường bao quy về lực phân bố đều trên dầm thể hiện ở bảng 18
Bảng 18 Tĩnh tải tường đặt lên dầm
Chiều dày yt qtc n qtt qtt Hdầm Htường Hệ cửasố qtt m Kg/m 2 Kg/m 2 Kg/m 2 kN/m 2 m m kN/m
Hoạt tải tiêu chuẩn lấy theo Bảng 3 TCVN 2737 – 1995, phụ thuộc vào chức năng cụ thể các phòng Ta có :
Tầng Loại phòng ptc n Hoạt tải sàn(kN/m 2 ) (daN/m2)
Tải trọng ngang
Vì công trình có tổng chiều cao > 40m nên tải trọng gió tác động lên công trình được xác định theo TCVN 2737-1995 gồm 2 thành phần:
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió có độ cao z so với mốc chuẩn xác định theo công thức:
Wo: giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng Công trình xây dựng ở Thành phố Huế nên thuộc vùng II.B, địa hình C có Wo= 0,95(kN/m 2 ).
c: hệ số khí động, xác định bằng cách tra bảng 6.
k: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao.
n: hệ số độ tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2.
Trong mô hình khung không gian, giá trị tải trọng tập trung của tải trọng gió được quy về truyền vào tâm hình học của công trình, việc xác định chính xác tâm hình học này do phần mềm tính toán Công thức tính tải trọng gió tập trung là Ptt = γ.β(Wh + Wđ).S(T), giúp đảm bảo tính chính xác trong thiết kế cấu trúc khung không gian.
Bảng 19.Giá trị thành phần gió tĩnh
Kí hiệu sàn Chiều cao Story Hệ số độ cao
Chiều cao đón gió gió tĩnhTổng (Đ+H)
Z (m) …F H(m) kj kG/m² kG/m² (m) kG/m² Wj (T) Wj (T)
Do chiều cao của công trình trên 40m nên cần tính toán thành phần động của tải trọng gió.
Công trình chịu tác dụng của gió động như một thanh công-xôn có hạn điểm tập trung khối lượng, trong đó gồm 14 điểm đặt tương ứng với cao trình trọng tâm của các kết cấu truyền tải trọng ngang, chủ yếu là sàn các tầng Các điểm tập trung này phản ánh vị trí các kết cấu chịu lực chính của công trình dưới tác động của gió động Việc xác định các điểm tập trung khối lượng giúp hiểu rõ hơn về phản ứng của công trình trong điều kiện gió động, từ đó đảm bảo tính an toàn và ổn định trong thiết kế xây dựng.
Giá trị khối lượng tập trung ở các mức trong sơ đồ tính toán bằng tổng khối lượng của các kết cấu chịu lực, kết cấu bao che, trang trí… y y
Hình 11 Sơ đồ tính toán
Trong ETABS, khối lượng từng tầng có thể được tính dựa trên tải trọng đặt lên công trình hoặc khối lượng cụ thể của các cấu kiện, giúp tối ưu hóa quá trình phân tích và thiết kế kết cấu Phương pháp tính khối lượng dựa vào tải trọng là cách hiệu quả để xác định chính xác khối lượng xây dựng, đảm bảo tính chính xác trong dự toán và lựa chọn vật liệu phù hợp Việc sử dụng dữ liệu tải trọng phù hợp giúp nâng cao độ chính xác của mô hình kết cấu và tối ưu hóa công năng, an toàn của công trình.
TT: là tĩnh tải của bản thân công trình
HT: trường hợp hoạt tải chất lên toàn bộ trên tất cả các cấu kiện của công trình.
0.5 là hệ số chiết giảm khối lượng của trường hợp hoạt tải chất lên toàn bộ công trình.
Khối lượng tập trung tại các mức sàn bao gồm tổng khối lượng của các kết cấu chịu lực, kết cấu bao che, kết cấu trang trí cũng như khối lượng của các thiết bị cố định, vật liệu chứa và các vật liệu khác Tổng khối lượng này được tính bằng công thức M_j = ∑ M_ij, thể hiện sự tập trung của các yếu tố cấu thành tại từng mức sàn, góp phần quan trọng trong việc xác định tải trọng và thiết kế xây dựng.
Mj- khối lượng tập trung ở mức sàn thứ j.
Mij- khối lượng tập trung tại nút thứ i trong tầng thứ j.
Sau khi phân tích trong phần mềm ETABS có được kết quả được thể hiện ở hình, bảng bên dưới. a) Phương X b) Phương Y
Hình 12 Mode Dao động thứ 1 của công trình theo các phương X, Y
Bảng 20 Mode dao động theo phương X
Bảng 21 Mode dao động theo phương Y
Tùy thuộc vào mức độ nhạy cảm của công trình đối với tác động động lực của tải trọng gió, thành phần động của tải trọng gió có thể bao gồm tác động do thành phần xung của vận tốc gió hoặc toàn bộ lực quán tính của công trình Mức độ nhạy cảm này được đánh giá dựa trên mối quan hệ giữa tần số dao động riêng của công trình, đặc biệt là tần số dao động riêng thứ nhất, và tần số f L tra bảng Đối với các công trình xây dựng tại TP Huế thuộc vùng áp lực gió IIB, sau khi tra bảng, ta có thể xác định được tần số dao động riêng f L, giúp đánh giá chính xác về ảnh hưởng của gió và thiết kế phù hợp.
= 1.3 Theo phương X,Y có dạng dao động Mode 1 thỏa mãn f s ≤f L
Do đó việc xác định thành phần gió động của gió phải kể đến tác dụng của cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình.
Wpj- giá trị thành phần động, có đơn vị tính toán phù hợp với đơn vị tính toán của WFj khi tính hệ số ψ i
Mj- khối lượng tập trung của phần công trình thứ j.
- hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ nhất.
yji- dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động thứ nhất.
-hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong mỗi phần tải trọng gió có thể coi như không đổi.
Hệ số ψ i được xác định theo công thức: ψ i = ∑ j=1 n y ji W Fj
WFj là giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j của công trình, phản ánh ảnh hưởng của các dạng dao động khác nhau, đặc biệt khi xem xét xung vận tốc gió Công thức tính WFj gồm các yếu tố như Wj, ζj, Sj và ν, giúp đảm bảo tính chính xác trong thiết kế và an toàn công trình chịu tác động của gió.
Wj: giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió, tác dụng lên phần thứ j của công trình.
Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió, ký hiệu là ν, phản ánh mối liên hệ giữa các dạng dao động khác nhau của công trình dưới tác động của gió Trong quá trình tính toán, khi xem xét dạng dao động riêng thứ nhất, hệ số ν được xác định là ν = ν₁, nhằm đảm bảo độ chính xác trong phân tích và thiết kế công trình chống chịu gió hiệu quả.
Sj- diện tích đón gió của phần j của công trình(m 2 ).
- hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao ứng với phần thứ j của công trình Lấy theo Bảng 3-TCXD229-1999.
Xác định hệ số động lực ξ i
Hệ số động lực ξ i xác định phụ thuộc vào thông số ε i và độ giảm loga của dao động δ
Thông số ε i xác định theo công thức: ε i =√ γ W O
γ -hệ số độ tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2.
fi - tần số dao động riêng thứ i(Hz).
Wo- giá trị của áp lực gió (N/m 2 )
Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 24.
Bảng 3 Hệ số động lực
Từ các giá trị Mj; ξ i
; ψ i và yji ta xác định được các giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gó W(pj).
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió được xác định theo công thức:
γ - hệ số độ tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2.
β - hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian, lấy bằng 1.4.
Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 23 và bảng 24.
Bảng 23 Thành phần động của gió theo phương X
Bảng 24 Thành phần động của gió theo phương Y
Tổ hợp tải trọng
5.3.1 Các trường hợp tải trọng
Căn cứ vào kết quả xác định tải trọng khai báo các trường hợp tải trọng trong Etabs như sau:
GTX( gió tĩnh theo chiều dương trục X ).
GTXX( gió tĩnh theo hướng ngược chiều phương trục X).
GTY( gió tĩnh theo chiều dương trục Y).
GTYY(gió tĩnh theo hướng ngược chiều phương trục Y).
GDX( gió động theo chiều dương trục X).
GDXX( gió động theo hướng ngược chiều phương trục X).
GDY( gió động theo chiều dương trục Y).
GDYY(gió động theo hướng ngược chiều phương trục Y).
BAO=ENVE(TH1; TH2; TH3; TH4; TH5; TH6; TH7; TH8; TH8; TH9).
Nội lực và chuyển vị
5.4.1 Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình
Hình 13 Kết quả chuyển vị xuất từ mô hình
Công trình dạng kết cấu khung vách theo tiêu chuẩn TCVN 1987-1997 cho phép chuyển vị ngang tương đối lớn, với giá trị chuyển vị ngang tại đỉnh nhà là yếu tố quan trọng Chuyển vị ngang (f) tại đỉnh nhà được coi là chỉ số chính để đánh giá biến dạng của công trình Chiều cao của công trình ảnh hưởng trực tiếp đến chuyển vị ngang, được đo từ đỉnh kết cấu xuống mặt nền, gọi là H Hiểu rõ khả năng chịu chuyển vị ngang này giúp đảm bảo tính an toàn và độ bền của công trình trong điều kiện chịu lực động và tĩnh.
Chuyển vị tại đỉnh công trình lấy từ chuyển vị các điểm trên tầng mái trong Tổ hợp
Chiều cao từ đỉnh kết cấu đến mặt ngàm là 45.6 m
Vậy chuyển vị ngang tương đối của công trình thỏa điều kiện cho phép.
Kết Quả nội lực lấy theo khung trục 2, thể hiện ở hình 14.
Lực dọc N,TH1 Lực dọc N,Bao
Lực cắt Q=V22,TH1 Lực cắt Q=V22,Bao
Hình 14 Biểu đồ nội lực khung trục 2
Tính toán cấu kiện khung trục 2
Hình 15 Mặt cắt tiết diện dầm và cột khung trục 2
5.5.1 Tính toán dầm khung trục 2
Kết quả nội lực lấy từ việc giải khung bằng phần mềm Etabs.
Trong Hình 16, biểu đồ momen khung dầm trục 2 thể hiện tải trọng tác dụng lên cấu kiện Phần 5.5.1.2 đề cập đến tính toán cốt thép dọc chịu lực, đặc biệt là với tiết diện chữ nhật chịu momen dương Các cánh của tiết diện nằm trong vùng chịu kéo, do đó, phương pháp tính toán sử dụng loại tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn nhằm tối ưu hóa khả năng chịu lực và đảm bảo an toàn công trình.
- Giả thiết khoảng cách trọng tâm cốt thép đến mép dầm tương ứng là a = 40 mm.
Diện tích cốt thép yêu cầu:
Để tăng khả năng chịu lực của kết cấu, có thể tăng kích thước tiết diện hoặc nâng cao cấp độ bền nén của bê tông, hoặc sử dụng cốt thép kép Trong các loại tiết diện chữ T chịu momen dương, cánh của chữ T nằm trong vùng chịu nén, giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực của cấu kiện.
Bề rộng cánh Bf được xác định dựa trên các điều kiện kỹ thuật, cụ thể là bề rộng mỗi bên cánh không vượt quá 1/6 nhịp cấu kiện và không lớn hơn 1/2 khoảng cách thông thủy của các sườn dọc Điều này đảm bảo tính ổn định và an toàn của kết cấu, đồng thời đáp ứng các quy chuẩn về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép.
Từ các điều kiện trên với nhịp dầm 7m và h ’ f = hb = 0.13m thì ta chọn b f ' = 0.5 m.
Xác định vị trí trục trung hoà: Mf = Rb.b f '
ho : chiều cao làm việc của dầm.
Mf: giá trị mômen ứng với trường hợp trục trung hoà đi qua mép dưới của cánh.
b1 Nếu M ¿ Mf thì trục trung hoà qua cánh, việc tính toán như đối với tiết diện chữ nhật b f ' x h = 2.1x0.4 m 2
b2 Nếu M > Mf thì trục trung hoà qua sườn.
: thì từ α m tra phụ lục ta được ξ
Diện tích cốt thép yêu cầu:
: thì ta tính với trường hợp tiết diện chữ T đặt cốt kép.
Kiểm tra hàm lượng cốt thép: μ min ¿ μ t =
1,5%.Thông thường với dầm lấy μ min
=0,15%. Đối với nhà cao tầng μ ma x
Bảng 25: Bảng tính Monmen Mf
STORY Beam Tiết diện chịu Momen dương Mf = Rb.bf.hf(ho - 0.5.hf )
- Tất cả các dầm đều có Mf > M tt trục trung hoà đi qua cánh nên ta tính toán dầm theo tiết diện chữ nhật bf x h.
Hình 17 Biểu đồ lực cắt khung dầm trục 2
Các dầm Console 2-1,Console 3-1, Console 4-1 có lực cắt tại các gối tựa tương đương nhau nên ta chọn dầm Console 4-1 để tính toán kiểm tra cốt ngang
Các dầm Console 2-2, Console 3-2 và Console 4-2 có lực cắt tại các gối tương đương nhau, do đó chọn dầm Console 2-2 để thực hiện tính toán kết cấu Để đảm bảo an toàn, các dầm còn lại sẽ được bố trí cốt đai như dầm Console 4-1 nhằm tăng cường khả năng chịu lực và độ bền của cấu kiện.
Ta sẽ tính toán, kiểm tra cốt thép ngang cho các dầm Console 4-1 có Qmax = 17.22 T ,Console 2-2 có Qmax = 10.43 T và dầm D4-2 có Qmax = 21.29 T
5.5.1.3.1 Dầm Console 4-1 a Số liệu tính toán
Trong quá trình kiểm tra khả năng chống cắt của bê tông, các thông số chính bao gồm chiều dài a@mm, chiều dài b = 300mm, chiều cao h = 700mm, chiều cao ho = h - a, chiều dày p0-40 = 660mm, và hệ số Rb = 14.5 MPa Các cường độ đặc trưng như Rbt = 1.05 MPa, Rsw = 175 MPa, cùng với các modulus đàn hồi Es = 210000 MPa và Eb = 30000 MPa được sử dụng để đánh giá khả năng chịu lực của bê tông Ngoài ra, các hệ số phi b2 = 2, phi b3 = 0.6, phi b4 = 1.5 và beta = 0.01 đóng vai trò quan trọng trong tính toán Lực cắt lớn nhất khả dụng là Qmax = 172.2 KN, qua đó xác định khả năng chống cắt của bê tông có đáp ứng yêu cầu kỹ thuật hay không.
Qb min = φb3(1 + φf + φn)Rbtbho = 0.6 x 1050 x 0.3 x 0.66 = 124.74 kN 450mm, thì sct = min(h/3;300) = min(500/3;300) = 250 mm
Trong đoạn dầm cũn lại ẵ L:
Khi h > 300, thì sct = min(3h/4;500) = min(3x700/4;500) = 500mm
Khoảng cách thiết kế của cốt đai
Chọn u = min(sct;stt;smax) = min(250;651.27;1195.24) = 250 mm
5.5.1.3.2 Dầm Console 2-2 a Số liệu tính toán
Trong quá trình thiết kế, các thông số quan trọng bao gồm chiều dài a@mm, b = 300mm, chiều cao h = 700mm, chiều cao ho = h - a với p0-40 = 660mm, cùng với các trị số chịu lực như Rb = 14.5 MPa, Rbt = 1.05 MPa, Rsw = 175 MPa Độ cứng của bê tông và thép được xác định với Es = 210000 MPa và Eb = 30000 MPa, cùng các hệ số phi b1 = 2, phi b2 = 2, phi b3 = 0.6, phi b4 = 1.5, β = 0.01, và các hệ số phi f = phi n = 0 Các lực cắt lớn nhất đạt giá trị Qmax = 104.3 kN, do đó kiểm tra khả năng chống cắt của bê tông là bước quan trọng trong quá trình thiết kế cấu kiện.
Qb min = φb3(1 + φf + φn)Rbtbho = 0.6x1050x0.3 x 0.66 = 124.74 kN > Qmax4.3kN Vậy bê tông không đủ để chịu lực cắt, cần bố trí cốt đai chịu cắt.
5.5.1.3.3 Dầm D4-2 a Số liệu tính toán
Trong bài viết, chúng tôi cung cấp các thông số kỹ thuật chính như chiều dài a@mm, b = 300mm, chiều cao h = 700mm, chiều cao ho = h - a, p0-40 = 660mm, cùng với các giá trị chịu lực như Rb = 14.5 MPa, Rbt = 1.05 MPa, Rsw = 175 MPa, cùng các thông số vật liệu như Es = 210.000 MPa và Eb = 30.000 MPa Các hệ số liên quan gồm ϕ_b2 = 2, ϕ_b3 = 0.6, ϕ_b4 = 1.5, β = 0.01, và ϕ_f = ϕ_n = 0 Ngoài ra, giá trị lực cắt lớn nhất Qmax được xác định là 212.9 KN Phần kiểm tra khả năng chống cắt của bê tông được thực hiện dựa trên các thông số này để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong cấu trúc.
Qb min = φb3(1 + φf + φn)Rbtbho =0.6x1050x 0.3 x 0.66 = 124.74 kN < Qmax!2.9kN Vậy bê tông không đủ để chịu lực cắt, cần bố trí cốt đai chịu cắt. c Tính cốt đai chịu cắt
Chọn đai = 8mm, n = 2 nhánh đai
Xác định bước đai tính toán
Để tránh tình trạng phá hoại theo tiết diện nghiêng nằm giữa hai cốt đai, cần xác định bước đai tối đa phù hợp Điều kiện quan trọng là phải đảm bảo rằng phần bê tông chịu cắt còn đủ khả năng chịu lực, không gây ra các tổn thương hoặc giảm độ bền của kết cấu Việc xác định bước đai hợp lý giúp phân bổ lực đều và duy trì sự ổn định của cấu kiện bê tông cốt thép.
Khoảng cách cấu tạo của cốt đai
Trong đoạn dầm cú lực cắt lớn ẳ L:
Khi h p0mm > 450mm, thì sct = min(h/3;300) = min(500/3;300) = 250 mm
Trong đoạn dầm cũn lại ẵ L:
Khi h > 300, thì sct = min(3h/4;500) = min(3x700/4;500) = 500mm
Khoảng cách thiết kế của cốt đai
Chọn u = min(sct;stt;smax) = min(250;426.06;966.75) = 250 mm
5.5.2 Tính toán cột khung trục 2
5.5.2.1 Tổ hợp nội lực cột:
Tổ hợp cơ bản 1 bao gồm tĩnh tải cộng với một tải trọng hoạt tải nguy hiểm nhất, đảm bảo tính an toàn cho công trình Công thức tính tải tối đa là max = TT + max (HT, GX, GXX, GY, GYY) và tải nhỏ nhất là min = TT + min (HT, GX, GXX, GY, GYY), giúp đánh giá chính xác các trường hợp chịu lực khác nhau trong thiết kế xây dựng.
5.5.2.1.2 Tổ hợp cơ bản 2 : là tổ hợp của tĩnh tải + từ 2 loại tải trọng tạm thời trở lên Tải trọng tạm thời với hệ số tổ hợp =0,9.
Max = TT + 0,9 ∑( HT, GX, GXX, GY, GYY) + (Tổng của những số dương) Min = TT + 0,9 ∑( HT, GX, GXX, GY, GYY) - (Tổng của những số âm)
Trong quá trình tính toán, mỗi phần tử được xem xét tại hai mặt cắt đầu và chân cột để đảm bảo độ chính xác Do tính chất làm việc không gian của cột, cần xác định các cặp nội lực phù hợp để xác định chính xác lượng thép cần thiết cho công trình Việc này giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực của cột và đảm bảo an toàn cấu trúc Áp dụng quy trình này theo tiêu chuẩn kỹ thuật giúp các kỹ sư xây dựng đưa ra các giải pháp thép phù hợp, nâng cao độ bền và ổn định của cột trong móng và kết cấu chính.
Bê tông B25: Rb = 145 (kG/cm 2 ); Rbt = 10,5(kG/cm 2 ); Eb = 3.10 5 (kG/cm 2 ).
Cốt thép dọc chịu lực dùng CII: RS=RSC(00 (kG/cm 2 ); RSW"50 (kG/cm 2 ).
Cốt thép đai dùng CI: RS = RSW = 2250 (kG/cm 2 ).
5.5.2.3 Tính toán cốt thép dọc: a.Nguyên tắc tính toán: dùng phương pháp gần đúng dựa trên việc biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương để tính cốt thép.
Xét tiết diện có các cạnh Cx, Cy Điể m đặ t tải e ax
M y e ay Điều kiện để áp dụng phương pháp này là: 0,5 ¿ C x
; cốt thép được đặt theo chu vi, phân bố đều hoặc mật độ cốt thép trên cạnh b có thể lớn hơn.
Tiết diện chịu lực nén N, mômen uốn Mx, My, cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay, đóng vai trò quan trọng trong phân tích khả năng chịu tải của kết cấu Sau khi xem xét tác động uốn dọc theo hai phương, ta có thể tính toán được hệ số x và y để đánh giá hiệu quả chịu lực của tiết diện Đồng thời, mômen uốn đã được gia tăng thành Mx1 và My1, phản ánh khả năng chịu uấn nâng cao của kết cấu dưới tác dụng của các yếu tố xây dựng.
Tùy vào mối quan hệ giữa giá trị Mx1, My1 và các kích thước các cạnh, ta sẽ lựa chọn áp dụng mô hình tính toán phù hợp theo phương x hoặc y Điều kiện và ký hiệu của hai mô hình được trình bày rõ ràng trong bảng hướng dẫn, giúp người thiết kế xác định chính xác phương pháp phân tích phù hợp với từng trường hợp cụ thể Việc lựa chọn đúng mô hình dựa trên các tiêu chí này đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình tính toán, tối ưu hóa kết quả cuối cùng.
Mô hình Theo phương X Theo phương Y Điều kiện M x1
M1 = Mx1; M2 = My1 ea = eax + 0,2.eay h = Cy; b = Cx
M1 = My1; M2 = Mx1 ea = eay + 0,2.eax
Giả thiết chiều dày lớp đệm a, tính h0 = h-a; Z = h-2.a chuẩn bị các số liệu Rb, Rs,
Rsc, R như đối với trường hợp nén lệch tâm phẳng.
Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng: x1 RN b b
Xác định hệ số chuyển đổi m0.
Tính mômen tương đương (đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệch tâm phẳng).
N Với kết cấu siêu tĩnh e0 = max(e1,ea) e = e0 + h2 - a
Tính toán độ mảnh theo hai phương λ x = l ox i x
Dựa vào độ lệch tâm e0 và giá trị nén x1 để phân biệt các trường hợp tính toán, trong đó trường hợp 1 là nén lệch tâm rất nhỏ, với ε = e0, và giá trị nén x1 khi h0 ≤ 0,30 cho kết quả gần như nén đúng tâm, giúp đảm bảo tính chính xác trong phân tích cấu trúc.
Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm γ e
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm: ϕ e =ϕ+(1−ϕ).ε
Khi ≤ 14 lấy = 1; khi 14< < 104 thì lấy theo công thức:
Diện tích toàn bộ cốt thép Ast:
R sc −R b b1 Trường hợp 2: khi ε = e 0 h 0 >0 , 30 đồng thời x1>R.h0 tính toán theo trường hợp nén lệch tâm bé.
Xác định chiều cao vùng nén: x= ( ξ R + 1+50 1− ξ R ε 0 2 ) h 0
Diện tích toàn bộ cốt thép Ast:
Trong đó: k = 0,4 là hệ số xét đến trường hợp cốt thép đặt toàn bộ. c1 Trường hợp 3: khi ε = e 0 h 0 >0 , 30 đồng thời x1 ≤ R.h0 tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn.
Diện tích toàn bộ cốt thép Ast:
Trong đó: k = 0,4 là hệ số xét đến trường hợp cốt thép đặt toàn bộ.
Khi tính được cốt thép, tính tỷ lệ cốt thép: μ= A st bh 0
Kiển tra điều kiện: μ min ≤μ≤μ max
Trong đó: μ min lấy theo độ mảnh λ=l 0 r cho theo bảng sau (theo TCXDVN 356- 2005): λ=l 0 r 83 μ min (%) 0,05 0,1 0,2 0,25
: khi cần hạn chế việc sử dụng quá nhiều thép người ta lấy μ max
=3% Để đảm bảo sự làm việc chung giữa thép và bêtông thường lấy μ max
=6%. b Kiểm tra cột theo khả năng chịu cắt:
Lực cắt lớn nhất lấy từ bảng tổ hợp nội lực từ Etabs: Qmax.(THBAO).
Kiểm tra điều kiện : Qmax 1: đất ở trạng thái chảy(nhão).
Đối với đất cát pha (á cát):
B > 1: đất ở trạng thái chảy (nhão).
Tỷ trọng: Δ= γ h γ n với γ n kN/m 3 : trọng lượng riêng của nước.
Hệ số rỗng tự nhiên: e= Δγ n ( 1+ 0.01 W % ) γ tn −1 Đối với đất rời, dựa vào e để xác định trạng thái của đất như sau:
Đối với cát hạt trung :
Trọng lượng riêng đẩy nổi: γ đn =
a < 0.001 cm 2 /daN => đất cứng, rất tốt, khả năng nén lún ít.
0.001< a< 0.01 cm 2 /daN => đất dẻo cứng, tốt.
0.01< a< 0.05 cm 2 /daN => đất có khả năng nén lún trung bình.
a > 0.05 cm 2 /daN => đất có tính nén lún mạnh, đất yếu.
50< E< 100 daN/cm 2 => đất trung bình.
E >300daN/cm 2 => đất rất tốt. Độ bão hòa nước: G=0.01 WΔ /e
Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 27 và
Bảng 47 Bảng đánh giá chỉ tiêu vật lý nền đất
Tên gọi lớp đất IP B Trạng thái đất sét e Trạng thái đất cát đn
Cát hạt trung - - - 0.63 Chặt vừa 15,64
Bảng 5 Bảng đánh giá chỉ tiêu vật lý nền đất
Tên gọi lớp đất e G Trạng thái đn
(KN/m 3 ) Đất lấp 2.690 1.05 0.999143 Đất bão hòa 8.243902
Sét pha 2.680 0.93 0.956731 Đất bão hòa 8.704663
Sét pha 2.660 0.49 0.814286 Đất bão hòa 11.14094
Cát pha 2.650 0.65 1.06 Đất bão hòa 10
Cát hạt trung 2.640 0.52 0.812308 Đất bão hòa 10.78947
6.1.3 Chỉ tiêu cơ lý của nền đất
Bảng 6 Chỉ tiêu cơ lý của nền đất
6.1.4 Điều kiện địa chất và đánh giá nền đất
Lớp 1: là lớp cát san lấp có thành phần không đồng nhất, chiều dày lớp đất nhỏ (1.0 m) không tốt để làm móng công trình.
Lớp 2: là lớp sét ở trạng thái dẻo cứng có khả năng chịu tải kém, tính năng xây dựng kém, chiều dày lớp đất trung bình (3.3m) Do đó không thể làm nền công trình được.
Lớp 3: là lớp sét pha ở trạng thái dẻo cứng, bão hòa nước khả năng chịu tải kém, chiều dày lớp đất nhỏ (1.4 m) Do đó không thể làm nền cho công trình được.
Lớp 4: là lớp sét ở trạng thái dẻo chảy, bão hòa nước có khả năng chịu tải kém, chiều dày trung bình (1.5m) Do đó không thể làm nền cho công trình được.
Lớp 5: là lớp cát pha ở trạng thái dẻo, bão hòa nước, có khả năng chịu tải kém, chiều dày trung bình (4.8m) Do đó không thể làm nền cho công trình được.
Lớp 6: là lớp cát bụi ở trạng thái chặt vừa, bão hòa nước, có khả năng chịu tải trung bình, chiều dày trung bình (3.1m) Do đó không thể làm nền cho công trình được.Lớp 7: là lớp cát hạt trung ở trạng thái chặt vừa, có khả năng chịu tải lớn, chiều dày lớn (16.1m), ở độ sâu (31.2m) Do đó có thể xem xét làm nền cho công trình được.
6.1.5 Lựa chọn mặt cắt địa chất để tính móng c hặt-c hặt vừa c á t pha l ẫn nhiều c uộ i sỏ i bù n c á t pha bụi màu xá m xanh xố p bảo hò a n ớ c sét pha màu sá m tr ắng -vàng ( dẻ o ) bê tô ng + đất đắp đỏ g ạ c h-vàng -( c hặt vừa ) sét pha màu xá m tr ắng vàng ng hệ-(dẻ o c ứng ) c á t pha màu xá m tr o -
7 sét pha màu tr ắng -đỏ g ạ c h dẻ o c ứng 4
Hình 18 Mặt cắt địa hình
Lớp đất lớp 7 có đặc điểm gồm cát pha lẫn nhiều cuội sỏi, ở trạng thái chặt-chặt vừa, ít biến dạng lún và có tính năng xây dựng tốt Do đó, đây là lựa chọn lý tưởng để cắm cọc, đảm bảo độ ổn định và độ bền của công trình xây dựng.
Nước ngầm tại khu vực khảo sát biến động theo mùa, ảnh hưởng đến quá trình thi công Mực nước tĩnh quan sát được nằm ở độ sâu khoảng 5,5 mét, cách mặt đất, giúp xác định các phương án thi công phù hợp Nếu tiến hành xây dựng móng sâu, ảnh hưởng của nước ngầm sẽ ít hơn và đảm bảo an toàn cho công trình.
6.1.7 Lựa chọn giải pháp móng
Các lớp đất phía trên như lớp 1 (đất lấp), lớp 2, 3, 4 (á sét dẻo bão hòa nước), và lớp 5 (á cát bão hòa nước) có chiều dày nhỏ, khả năng chịu tải kém hoặc trung bình, đồng thời không ổn định về tính chất cơ lý và bề dày Trong khi đó, chỉ có lớp 6 (cát bụi chặt vừa) và lớp 7 (cát hạt trung, hạt thô chặt vừa) nằm sâu hơn, có bề dày lớn và khả năng chịu tải cao hơn, phù hợp cho các công trình cao tầng.
Dựa trên đặc điểm địa chất, quy mô công trình và tải trọng tác dụng xuống móng, giải pháp móng sâu (móng cọc) là phương án phù hợp nhất Mũi cọc sẽ được cắm vào lớp đất cứng ở độ sâu phù hợp để đảm bảo tính ổn định của công trình Bạn có thể lựa chọn phương án móng cọc nhồi hoặc cọc ép để tối ưu hiệu quả xây dựng và đảm bảo an toàn kết cấu.
Cọc ép là phương pháp thi công cọc phổ biến, phù hợp khi cọc cần đặt vào lớp đất có chiều sâu đến 7 mét Tuy nhiên, việc hạ cọc ép gặp khó khăn nếu phải xuyên qua các lớp đất trên có chiều sâu lớn, đòi hỏi phải sử dụng phương pháp khoan dẫn để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả Ưu điểm của cọc ép bao gồm khả năng thi công nhanh, tiết kiệm chi phí và phù hợp với nhiều loại đất khác nhau.
Giá thành rẻ, thích hợp với điều kiện xây chen, không gây chấn động đến các công trình xung quanh
Dễ kiểm tra, chất lượng của từng đoạn cọc được thử dưới lực ép.
Xác định được sức chịu tải của cọc ép qua lực ép cuối cùng.
Kích thước và sức chịu tải của cọc bị hạn chế do tiết diện cọc và chiều dài cọc không thể mở rộng hoặc phát triển vượt quá giới hạn Điều này xuất phát từ hạn chế của thiết bị thi công cọc so với các công nghệ thi công cọc khác Các yếu tố này ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu lực và hiệu quả của công trình xây dựng Việc lựa chọn công nghệ thi công phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo tính ổn định và độ bền của kết cấu.
Thời gian thi công kéo dài, hay gặp độ chối giả khi đóng Với qui mô công trình lướn sẽ gặp không ít khó khăn.
Cọc khoan nhồi: Ưu điểm
Có thể đạt đến chiều sâu hàng trăm mét (không hạn chế như cọc ép), do đó phát huy triệt để được đường kính và chiều dài cọc.
Có khả năng tiếp thu tải trọng lớn.
Có thể xuyên qua các lớp đất cứng.
Trong quá trình thi công, mặt bên của cọc nhồi thường sần sùi, giúp tăng khả năng ma sát giữa đất và cọc, dẫn đến giá trị ma sát lớn hơn so với các loại cọc khác Điều này giúp tăng cường khả năng chịu lực của cọc nhồi, đồng thời giảm chi phí vật liệu cốt thép vì không cần phải vận chuyển cọc từ xa Chính đặc điểm này làm cho cọc nhồi phù hợp với các dự án cần giải pháp thi công hiệu quả, tiết kiệm và đảm bảo độ ổn định của công trình.
Trong quá trình thi công, cần đảm bảo không gây ra những chấn động ảnh hưởng đến các công trình lân cận, đảm bảo an toàn và tránh gây thiệt hại Nếu sử dụng cọc nhồi, việc mở rộng chân cọc để tăng sức chịu tải trở nên dễ dàng hơn, giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của công trình xây dựng.
Thiết kế móng
6.2.1 Các giả thiết tính toán
Việc tính toán móng cọc đài thấp dựa vào các giả thiết sau:
Tải trọng ngang hoàn toàn do các lớp đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận.
Sức chịu tải của cọc trong móng được xác định như đối với cọc đơn riêng rẽ, không kể đến ảnh hưởng của nhóm cọc.
Tải trọng của công trình qua đài cọc được truyền chủ yếu lên các cọc chịu lực, không truyền trực tiếp lên phần đất giữa các cọc tại mặt tiếp giáp với đài cọc Việc này giúp đảm bảo tính vững chắc và ổn định cho công trình xây dựng Hiểu rõ cơ chế truyền tải tải trọng qua đài cọc là yếu tố quan trọng trong thiết kế kết cấu, tối ưu hóa độ bền và an toàn của công trình xây dựng.
Khi kiểm tra cường độ của nền đất và xác định mức độ lún của móng cọc, người ta xem móng cọc như một móng khối qui ước, bao gồm cọc, đài cọc và phần đất giữa các cọc Việc này giúp đánh giá chính xác khả năng chịu lực và tính ổn định của công trình xây dựng Mô hình móng khối qui ước là phương pháp quan trọng trong quá trình phân tích và thiết kế móng cọc, đảm bảo an toàn và bền vững cho công trình xây dựng.
Việc tính toán móng khối qui ước tương tự như tính toán móng nông trên nền thiên nhiên, bỏ qua ma sát ở mặt bên móng, giúp xác định trị số mômen của tải trọng ngoài tại đáy móng khối qui ước, được giảm gần đúng bằng trị số mômen của tải trọng ngoài so với cao trình đáy đài Đài cọc được xem như tuyệt đối cứng, và cọc cùng đài cọc liên kết ngàm cứng với nhau để đảm bảo kết cấu vững chắc.
6.2.2 Xác định tải trọng truyền xuống móng
Tải trọng tác dụng lên móng là toàn bộ phần công trình chịu lực truyền xuống móng thông qua chân cột Việc sử dụng nội lực tại chân cột của khung để tính toán và thiết kế cấu trúc đảm bảo độ an toàn và khả năng chịu lực của móng Tải trọng tính toán cho móng được thể hiện rõ ràng trong bảng 30, giúp các kỹ sư dễ dàng áp dụng vào quá trình thiết kế.
Bảng 7 Tải trọng tính toán tác dụng lên móng
Cột trục N max (kN) Mx tư
Tải trọng tiêu chuẩn được sử dụng để tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn thứ 2.
Tải trọng đã tính được gọi là tải trọng tính toán của công trình Để có tổ hợp các tải trọng tiêu chuẩn phù hợp, thông thường phải lập bảng tổ hợp dựa trên các tải trọng tác dụng lên công trình Tuy nhiên, theo quy phạm, có thể sử dụng hệ số vượt tải trung bình n = 1,15 để đơn giản hóa quá trình tính toán Điều này có nghĩa là tải trọng tiêu chuẩn được xác định bằng cách lấy tổ hợp các tải trọng tính toán chia cho hệ số vượt tải trung bình Thông tin về tải trọng tiêu chuẩn được trình bày trong bảng 31, giúp đảm bảo tính chính xác và phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật.
Bảng 8 Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên móng
6.2.3 Thiết kế móng M1(móng dưới cột C16-trục D)
6.2.3.1 Chọn sơ bộ kích thước cọc và đài cọc
Dựa vào điều kiện địa chất công trình, tải trọng tác dụng xuống móng chọn kích thước tiết diện cọc có đường kính D = 0.5 m.
Theo Điều 3.3.6 TCXD 205:1998, khi tính toán cọc chịu tải trọng ngang, hàm lượng cốt thép dọc trong cọc không nên nhỏ hơn 0.4% ¿ 0.65%.
Diện tích tiết diện cọc Acọc = π R 2 = π 0.25 2 = 0.196(m)
Chọn cốt thép trong cọc: As ¿(0.4 ¿ 0.65)%Acọc = 0.0065x0.196x104= 12.74(cm 2 )Chọn 8ỉ16 (As = 16.08cm 2 ), μ=0,82%
6.2.3.2 Xác định chiều sâu chôn đài
Chất lượng bê tông tại phần đầu cọc nhồi thường kém, do đó cần đập vỡ bê tông đầu cọc để lộ cốt thép ra một đoạn từ 20-30cm (0.2-0.3m), với mức chọn phổ biến là 0.5m Phần cọc ngàm vào đài thường có chiều dài khoảng 10-15cm (0.1-0.15m), và người ta thường chọn chiều dài là 0.15m để đảm bảo độ chắc chắn và độ chịu lực của kết cấu.
Chiều sâu đặt mũi cọc dự kiến xuống sâu 25 (m), tính từ mặt đáy đài Tổng chiều dài cọc: 25 + 0.5 + 0.15= 25.65 (m) Giả thiết đài gồm 4 cọc.
Sơ bộ chọn các kích thước:
Chiều cao đài cọc chọn hđ = 1.5 (m)
Khoảng cách giữa hai hàng cọc (e) được chọn là 1.5 mét, phù hợp với quy chuẩn yêu cầu tối thiểu 1.25 mét khi chiều dài của cọc (D) là 0.5 mét Khoảng cách từ tâm hàng cọc ngoài cùng đến mép đài (f) được xác định là 0.5 mét, đảm bảo an toàn và độ bền của kết cấu Ngoài ra, số hàng cọc theo phương chiều rộng và chiều dài của đài đều là 2 hàng (m = n = 2), nhằm phân bố đều lực và tăng tính ổn định cho công trình.
Vậy kích thước sơ bộ đài cọc là: 2,5x2,5 (m 2 ).
Đối với móng cọc đài thấp, toàn bộ tải trọng ngang do đất từ đế đài trải lên chịu hoàn toàn, yêu cầu chiều sâu chôn đài phải đảm bảo cân bằng áp lực ngang Cụ thể, chiều sâu chôn đài (h_m) cần thỏa mãn điều kiện h_m ≥ 0,7h_min = 0,7tg(45°−ϕ), nhằm đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
Trong đó: ϕ , γ lần lượt là góc nội ma sát, dung trọng của lớp đất dưới đáy đài (lớp thứ 3- sét pha có: ϕ = , γ = 21.5 (kN/m 3 )
Vậy chọn chiều sâu chôn đài như vậy đã thỏa mãn điều kiện và phù hợp với giả thiết ban đầu.
6.2.3.3 Xác định sức chịu tải của cọc a Theo vật liệu làm cọc
PVL - sức chịu tải của cọc theo vật liệu.
m1= 0,85 hệ số điều kiện làm việc khi đổ bêtông qua ống chuyển dịch thẳng đứng
m2=0.7, hệ số đổ bê tông trong bentonite.
Rb- cường độ chịu nén của bê tông, bê tông B25 có Rb.5 (MPa).
Ab- diện tích tiết diện bê tông Ab = Acọc – As = 1960 -16.08= 1943.92(cm 2 )
ϕ =1 - hệ số uốn dọc, với móng cọc khoan nhồi không xuyên qua tầng đất yếu (than bùn, bùn, sét yếu).
P VL =1×(0.85×0.7×(14.5×10 3 )×(1943.92×10 −4 )+(280×10 3 )×(16.08×10 −4 )!27.36(kN) b Theo đất nền
Theo tiêu chuẩn TCXD 205-1998, khả năng chịu tải của cọc được xác định dựa trên kết quả thí nghiệm xuyên động (SPT) Tiêu chuẩn này cho phép áp dụng công thức Nhật Bản để tính toán sức chịu tải của cọc, giúp đánh giá chính xác khả năng chịu tải của nền đất và đảm bảo độ an toàn của công trình xây dựng Việc sử dụng công thức này là phương pháp phổ biến, hiệu quả trong việc phân tích và xác định khả năng chịu lực của cọc dựa trên dữ liệu thí nghiệm thực tế.
3[αN a A P +0.2N S L S +CL C )πD] Trong đó: α - hệ số phụ thuộc phương pháp thi công cọc, cọc khoan nhồi lấy α
Na- số SPT của đất dưới mũi cọc, mũi cọc nằm trong lớp cát hạt trung Na5
Ap- diện tích tiết diện ngang dưới chân cọc:AP= π R 2 = π 0,25 2 =0.196(m 2 )
Ns - Chỉ số SPT của các lớp đất cát bên thân cọc.
LS(m): chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát.
C: Lực dính đơn vị không thoát nước của đất dính: C=N/1.4 ( T/m 2 ).
Lc(m): chiều dài đoạn cọc nằm trong đất dính.
Sức chịu tải giới hạn của cọc:
[PTK] = min( PVL; PSPT) = min (2137.36; 1752.63) = 1752.63 (kN).
6.2.3.4 Xác định số lượng cọc
Số lượng cọc cần thiết: n c =β ∑ N tt
= 1.3: hệ số kể đến momen lệch tâm (1.2 ¿ 1.4)
Trọng lượng riêng trung bình của bê tông và đất là γtb = γbt = 25 kN/m³ Vì đài mặt trên của đài móng nằm trùng với sàn tầng hầm, nên không có lớp đất ở phía trên đài, ảnh hưởng đến tính toán trọng lượng của kết cấu.
F=2.5x2.5=6.25(m 2 ) : diện tích mặt đáy đài.
hm=hđ=1.5 (m) : chiều sâu đáy đáy đài.
Trọng lượng đài: G đ =nγ tb Fh m =1.2×25×6.25×1.5(1.25(kN)
Vậy số lượng cọc tính toán:
Chọn số cọc là 4 là phù hợp với giả thiết ban đầu Các bố trí cọc được thể hiện như hình 19
Hình19 Bố trí cọc 6.2.3.5 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc
P max,min tt = N tt n c ± M x tt y max,min
Trong phân tích cấu trúc, tổng moment của tải trọng ngoài ứng với trục x và y được ký hiệu là M_tt x và M_tt y, tính theo khoảng cách từ trục đi qua trọng tâm của tiết diện cọc tại đáy đài đến các cọc chịu tải Số lượng cọc trong móng được biểu thị bằng nc = 4 Trong đó, xmax và ymax lần lượt là khoảng cách từ trục của cọc chịu nén nhiều nhất đến trục y-y và x-x; còn xmin và ymin là khoảng cách từ trục của cọc chịu kéo nhiều nhất đến trục y-y và x-x Các biến xi, yi thể hiện lần lượt khoảng cách từ trục của cọc thứ i đến trục y-y và x-x Thông số kỹ thuật chỉ rõ rằng xmax = xmin = 0.75 m và ymax = ymin = 0.75 m.
Vậy tải trọng tác dụng lên cọc:
Kiểm tra điều kiện: thỏa mãn.
6.2.3.6 Tính toán độ lún cho móng a Xác định kích thước đáy móng khối quy ước
Tải trọng của móng được truyền rộng hơn nhờ vào ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất xung quanh Quá trình này bắt nguồn từ mép cọc ngoài cùng, so với trục thẳng đứng và nghiêng một góc α = φtb/4 để tối ưu hóa khả năng chịu lực của móng.
= tb/4 = 27.01/4 = 6.75 0 Diện tích đáy móng khối qui ước xác định theo công thức:
An =2 (m), Bn = 2 (m): Khoảng cách tính từ mép ngoài của hai hàng cọc ngoài cùng đối diện nhau theo phương trục x và trục y.
Aqư = Bqư b Xác định trọng lượng khối móng quy ước
Trọng lượng đất trong phạm vi từ đáy đài đến đáy khối móng là một yếu tố quan trọng trong tính toán kết cấu nền móng Phần thể tích đất bị cọc chiếm chỗ và trọng lượng của cọc cũng được tính vào để đảm bảo độ chính xác cao trong thiết kế Việc trừ đi thể tích đất bị cọc choán chỗ giúp xác định rõ tải trọng đất nền khi thi công Tính toán chính xác trọng lượng đất này đảm bảo độ an toàn và ổn định cho công trình xây dựng.
Trọng lượng lớp đất thứ i (có trừ đi phần thể tích đất bị cọc choán chổ):
Trọng lượng cọc bêtông trong lớp đất thứ i:
Khối lượng móng quy ước tính toán ở trục D, C được thể hiện ở bảng 32.
Bảng 9 Khối lượng cọc và các lớp đất móng M1
Trọng lượng đất và đài từ đáy đài trở lên:
Trọng lượng móng quy ước:
6.2.3.7 Xác định và kiểm tra ứng suất dưới đáy móng quy ước
Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên đáy móng khối quy ước:
Momen so với trục trọng tâm đáy móng khối quy ước: Ứng suất tiêu chuẩn ở đáy móng khối quy ước:
6.2.3.8 Xác định cường độ tính toán của đất tại đáy móng quy ước Áp lực tiêu chuẩn của đất nền:
K tc (A.Bqư + B Hqu tb + D.c tc ) Trong đó:
m1 = 1.4; m2 = 1: hệ số điều kiện làm việc của đất nền và công trình với công trình không thuộc tuyệt đối cứng.
Ktc =1 : hệ số tin cậy vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất.
A, B và D: các hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào góc ma sát trong của lớp đất đáy khối móng qui ước A = 1.679; B = 7.716; D = 9.59
tb : dung trọng của đất ngay tại đáy móng khối quy ước và dung trọng trung bình của đất tại đáy móng khối quy ước trở lên
tb = 12.117 (kN/m 3 ) c tc = 0(kN/m 2 ): lực dính kết đơn vị của đất tại đáy móng quy ước.
R tc Kiểm tra theo điều kiện:
6.2.3.9 Xác định độ lún của móng
Việc kiểm tra độ lún cho móng cọc khoan nhồi được thực hiện bằng cách đo lún của móng khối quy ước để đảm bảo độ ổn định của công trình Áp lực gây lún tại mặt phẳng đáy của móng khối quy ước được xác định bằng công thức: s₍gl₎ = s₍tc₎ + s₍tb₎ – S₍li₎ Việc tính toán chính xác này giúp đánh giá mức độ lún chịu tải của móng cọc khoan nhồi, đảm bảo an toàn, bền vững cho công trình xây dựng.
Sli.i : ứng suất do các lớp đất bên trên đáy móng khối quy ước được xác định theo công thức: Sli.i = tb h s gl C1.065 – 12.117 x 26.5 = 106.965 (kN/m 2 ).
Chia nền đất dưới đáy móng khối quy ước thành những lớp phân tố có chiều dày: hi ≤ 0.4xBqư= 0.4x7.918 = 3.167 (m) Chọn hi= 1 (m).
Vì lớp đất 7 nằm dưới mực nước ngầm nên ta dùng đn7= 10.123 (kN/m 2 ) để tính áp lực do trọng lượng bản thân đất gây ra.
Vẽ biểu đồ ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra: s bt zi= tb.h + Shi.đn7.
Vẽ biểu đồ ứng suất do áp lực gây lún gây ra: s gl zi= Koi.s gl
Với Koi phụ thuộc vào tỉ lệ Aqư/Bqư; 2Zi/ Bqư tra bảng.
Kết qủa tính toán ứng suất bt zi và zi được thể hiện ở bảng 33.
Bảng 10 Ứng suất bt zi và zi (kN/m 3 )
Lớp đất Điểm zi Aqu/Bqu 2zi/Bqu Koi zi zi bt 0.2xzi bt
Tại điểm thứ 3 có: zi = 52.673 (kN/m 3 ) < 0.2 bt zi = 70.294(kN/m 3 ) Vậy nền thỏa mãn yêu cầu về biến dạng. Độ lún của móng được xác định theo công thức:
Ei = 31000 (kN/m 2 ), Môđun biến dạng của lớp đất dưới đáy móng khối quy ước theo qui phạm. hi = 1 m – chiều dày phân tố thứ i.
- ứng suất gây lún ở giữa lớp phân tố thứ i.
Kiểm tra điều kiện: S = 0.791 (cm) [Sgh] = 8 (cm) Nền đủ điều kiện chịu lún
6.2.3.10 Tính toán đài cọc a Tính toán chiều cao đài cọc
Tính toán theo điều kiện chọc thủng
Chiều cao đài cọc hđ = 1.5 (m) Chọn chiều dày lớp bảo vệ, abv = 5 (cm) cho cốt thép bố trí theo chu vi đài cọc.
Vì cọc ngàm vào đài 1 đoạn 15 (cm), chọn a = 20 (cm) Chiều cao làm việc của đài h0= 1.5 - 0.2 = 1.3 (m).
Mặt phẳng nghiêng của tháp chọc thủng cần kiểm tra xuất phát từ mép trong của hàng cọc ngoài cùng đến mép cột.
Kiểm tra theo điều kiện:
Khi b > bc + 2h0 thì P ¿ k.Rbt.(bc+ho)ho
Khi b ¿ bc + 2h0 thì P ¿ k.Rbt.(bc+b)ho
Hệ số phụ thuộc tỉ số c/h₀ được xác định dựa trên chiều dài cọc và khoảng cách từ mép cột đến mép trong của hàng cọc, trong đó c = 12 cm và h₀ = 130 cm Tỉ số c/h₀ tính bằng 12/130 ≈ 0.096, cho thấy yếu tố an toàn cao, do đó, hệ số k được chọn là 0.98 để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
Rbt = 1050 (kN/m 2 ): cường độ chịu kéo của bê tông B25. bc = 0.8 (m): cạnh của tiết diện cột song song với mép lăng thể chọc thủng. b = 2.5 (m): cạnh đài song song với bc.
P: tổng nội lực tại đỉnh các cọc nằm giữa mép đài và lăng thể chọc thủng.
Do b = 2.5 (m) < bc + 2h0 = 0.8 + 2x1.3 = 3.4(m) nên kiểm tra theo điều kiện :
P = P2 + P4 = Pmin +Pmax = 1023.568+996.907 = 2020.475 (kN). k.Rbt.(bc+b)ho = 0.98x1050x(0.8+2.5)x1.3 = 4414.41 (kN).
Vậy móng đảm bảo điều kiện chọc thủng theo phương I-I.
Kiểm tra theo điều kiện:
Khi a > ac + 2h0 thì P ¿ k.Rbt.(ac+ho)ho
Khi a ¿ ac + 2h0 thì P ¿ k.Rbt.(ac+a)ho
Rbt = 1050 (kN/m2): cường độ chịu kéo của bê tông B25. ac = 0.8 (m): cạnh của tiết diện cột song song với mép lăng thể chọc thủng. a = 2.5 (m): cạnh đài song song với ac.
P: tổng nội lực tại đỉnh các cọc nằm giữa mép đài và lăng thể chọc thủng
Do a = 2.5 (m) < ac + 2h0 = 0.8 + 2x1.3 = 3 4 (m) nên kiểm tra theo điều kiện :
P = P3 + P4 = 2 Pmax = 2*1023.568 = 2047.136 (kN). k.Rbt.(ac+a)ho = 0.98x1050x(0.8+2.5)x1.3 = 4414.41 (kN).
Vậy móng đảm bảo điều kiện chọc thủng theo phương II-II.