Giải pháp kết cấu theo phương đứng Hệ kết cấu chịu lực thẳng đứng có vai trò quan trọng đối với kết cấu nhà nhiều tầng bởi vì: - Chịu tải trọng của dầm sàn truyền xuống móng và xuống nền
TỔNG QUAN
KHÁI QUÁT VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
1.1.1 Mục đích xây dựng công trình.
Trong bối cảnh hội nhập và phát triển công nghiệp hiện đại, nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân ngày càng trở nên thiết yếu Đáp ứng xu thế đó, các công trình nhà ở cao tầng được xây dựng nhằm đáp ứng nhanh chóng các nhu cầu về sinh hoạt, nghỉ ngơi và giải trí của cộng đồng Căn hộ chung cư cao cấp BCONS SUỐI TIÊN ra đời như một giải pháp tối ưu để đáp ứng nhu cầu an cư của người dân, đồng thời góp phần thay đổi diện mạo cảnh quan đô thị theo xu hướng phát triển của đất nước.
1.1.2 Vị trí đặc điểm công trình.
Tên dự án: BCONS SUỐI TIÊN
Vị trí dự án: Mặt tiền đường 45, Tân Lập, Thị xã Dĩ An, tỉnh Bình Dương
Chủ đầu tư: Công ty Cổ Phần Địa Ốc BCONS
Nhà phát triển dự án: Công ty Cổ Phần Đầu tư Xây dựng BCONS & PPSN COMPANY LIMITED (Thái Lan)
Nhà thầu xây dựng : Công ty Cổ Phần Đầu tư Xây dựng BCONS Đơn vị tư vấn thiết kế: Công ty Cổ Phần Tư vấn Thiết kế BCONS
Tổng diện tích đất dự án: 5.875m2
Tổng số căn hộ: 656 căn hộ & Shophouse
Thời điểm bàn giao căn hộ : Quý III/2020
Hình 1.1 – Vị trí BCONS SUỐI TIÊN
Bcons Suối Tiên nằm tại số 45 Đường Tân Lập, P.14, Dĩ An, Bình Dương, có vị trí đắc địa ngay đối diện khu du lịch Suối Tiên Mặc dù pháp lý thuộc tỉnh Bình Dương, nhưng về mặt địa lý, dự án nằm trong thành phố Hồ Chí Minh, giúp kết nối thuận tiện với trung tâm Thành phố và các khu vực lân cận Vị trí chiến lược này là lợi thế lớn cho các cư dân và nhà đầu tư, mang lại tiềm năng sinh lời cao khi hưởng lợi từ sự phát triển của khu vực.
Sở hữu hạ tầng giao thông hoàn hiện, từ dự án quý khách có thể dễ dàng di chuyển tới các vị trí:
Bệnh viện ung bướu cơ sở 2: 400m
Khu du lịch suối tiên: 1 Km
Ngã tư Thủ Đức: 2 Km
1.1.3 Quy mô tiện ích dự án.
Tổng diện tích lô đất: 5.875m2
Dự án gồm Block A và Block B với khoảng 656 căn hộ & shophouse
Trong đó bao gồm: 02 tầng hầm, 01 tầng kỹ thuật, 01 tầng mái, 02 tầng sinh hoạt cộng đồng và 18 tầng điển hình
Dự án BCONS Suối Tiên được thiết kế bao gồm một số shophouse tại tầng trệt và các tầng phía trên chủ yếu dành để làm chung cư Tầng trệt có chiều cao 4.4m, các tầng từ tầng 2 đến tầng 3 có chiều cao 3.6m, trong khi các tầng từ tầng 3 trở lên có chiều cao 3.3m, đảm bảo tiêu chuẩn cho không gian sinh sống và sinh hoạt Dự án còn được trang bị đầy đủ tiện ích như hồ bơi, phòng gym, nhà trẻ, công viên, khu vui chơi trẻ em và phòng sinh hoạt cộng đồng, đáp ứng mọi nhu cầu của cư dân.
CƠ SỞ THIẾT KẾ
1.2.1 Quy trình thiết kế xây dựng công trình.
Theo Điều 23, Nghị định 59/2015/NĐ-CP về quản lý dự án đầu tư xây dựng, quá trình thiết kế xây dựng gồm các bước chính như thiết kế sơ bộ (được lập trong trường hợp báo cáo nghiên cứu tiền khả thi), thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ thuật, thiết kế bản vẽ thi công và các bước thiết kế bổ sung nếu có.
Mỗi dự án đầu tư xây dựng và loại công trình đều có cấp công trình phù hợp Quyết định về số bước thiết kế xây dựng phụ thuộc vào loại, quy mô, yêu cầu kỹ thuật, điều kiện thi công phức tạp và phương thức thực hiện dự án Theo đó, dự án BCONS SUỐI TIÊN được thực hiện theo quy trình thiết kế gồm ba bước chính: thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công.
1.2.2 Tiểu chuẩn áp dụng thiết kế.
Công trình “BCONS SUỐI TIÊN” được thiết kế dựa trên tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam như sau:
Bảng 1.1 – Tiêu chuẩn áp dụng thiết kế cho công trình BCONS SUỐI TIÊN
STT Kí hiệu tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn
1 QCVN 02 – 2009 Quy chuẩn về số liệu tự nhiên
2 TCVN 2737 – 1995 Tiêu chuẩn thiết kế về tải trọng và tác động
Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737 – 1995
4 TCXD 198 – 1997 Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối
5 TCVN 9386 – 2012 Thiết kế công trình chịu động đất
6 TCVN 5574 – 2012 Kết cấu bê tông và BTCT – Tiêu chuẩn thiết kế
7 TCVN 5575 – 2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế
8 TCVN 10304 – 2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế
9 TCXDVN 195 – 1997 Nhà cao tầng – Thiết kế cọc khoan nhồi
10 TCVN 9395 – 2012 Cọc khoan nhồi – Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu
Cọc khoan nhồi – Xác định tính đồng nhất của bê tông – Phương pháp siêu âm
12 TCVN 9393 – 2012 Cọc – Phương pháp TN bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục
13 TCVN 9379 – 2012 Kết cấu xây dựng và nền
14 TCVN 9362 – 2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
15 Eurocode 2 – 2004 Design of concrete structures
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
1.3.1 Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân
1.3.1.1 Giải pháp kết cấu theo phương đứng
Hệ kết cấu chịu lực thẳng đứng có vai trò quan trọng đối với kết cấu nhà nhiều tầng bởi vì:
- Chịu tải trọng của dầm sàn truyền xuống móng và xuống nền đất.
- Liên kết với dầm sàn tạo thành hệ khung cứng, giữ ổn định tổng thể cho công trình, hạn chế dao động và chuyển vị đỉnh của công trình.
- Hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng bao gồm các loại sau :
Hệ kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng, kết cấu ống.
Hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung-giằng, kết cấu khung-vách, kết cấu ống lõi và kết cấu ống tổ hợp.
Hệ kết cấu đặc biệt bao gồm các loại như hệ kết cấu có tầng cứng, hệ kết cấu có dầm truyền lực, hệ giằng liên tầng và hệ khung ghép Những loại kết cấu này giúp tăng cường khả năng chịu lực và ổn định của công trình xây dựng Sử dụng hệ kết cấu đặc biệt là giải pháp hiệu quả để đảm bảo an toàn, độ bền và khả năng chịu tải của các công trình lớn, cao tầng Việc lựa chọn và thiết kế phù hợp các hệ kết cấu đặc biệt là yếu tố quan trọng trong xây dựng các dự án phức tạp và yêu cầu cao về kỹ thuật.
Mỗi loại kết cấu có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng công trình có quy mô và yêu cầu thiết kế khác nhau Việc lựa chọn giải pháp kết cấu phù hợp là điều cần thiết để đảm bảo hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cho công trình Do đó, lựa chọn giải pháp kết cấu phải được cân nhắc kỹ lưỡng dựa trên đặc điểm cụ thể của từng dự án để tối ưu hóa tính khả thi và tiết kiệm chi phí.
Hệ kết cấu khung ưu điểm nổi bật là khả năng tạo ra những không gian lớn, linh hoạt và có sơ đồ làm việc rõ ràng, phù hợp cho các công trình cao tầng Tuy nhiên, hệ kết cấu này có khả năng chịu tải trọng ngang kém, đặc biệt khi công trình cao hoặc nằm trong vùng có cấp động đất lớn Do đó, hệ kết cấu này thích hợp cho các công trình cao tối đa 15 tầng trong vùng chống động đất cấp 7, từ 10 đến 12 tầng trong vùng chống động đất cấp 8, và không nên áp dụng cho các công trình nằm trong vùng chống động đất cấp 9 để đảm bảo an toàn.
Hệ kết cấu khung – vách, khung – lõi được ưu tiên trong thiết kế nhà cao tầng nhờ khả năng chịu lực ngang tốt, đảm bảo độ vững chắc cho công trình Tuy nhiên, hệ kết cấu này tiêu tốn nhiều vật liệu hơn và đòi hỏi kỹ thuật thi công phức tạp hơn so với các hệ kết cấu khác.
Hệ kết cấu ống tổ hợp phù hợp cho các công trình siêu cao tầng nhờ khả năng làm việc đồng bộ và hiệu quả của cấu trúc Nó còn có khả năng chống chịu lực tác dụng theo chiều ngang rất cao, đảm bảo sự ổn định và an toàn cho các tòa nhà cao tầng.
Việc lựa chọn hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu kiến trúc, quy mô công trình, tính khả thi và khả năng đảm bảo ổn định của dự án Chọn hệ kết cấu đúng đòi hỏi phải xem xét các yếu tố kỹ thuật và đặc điểm riêng của từng công trình để đảm bảo an toàn và hiệu quả kết cấu Lí do này quan trọng trong quá trình thiết kế nhằm tối ưu hóa khả năng chịu lực và duy trì tính ổn định của toàn bộ công trình.
Dựa trên quy mô công trình gồm 22 tầng và 2 hầm, sinh viên sử dụng hệ chịu lực khung lõi làm hệ kết cấu chính Hệ khung lõi chịu toàn bộ tải trọng đứng và tải trọng ngang, đồng thời tăng độ cứng cho công trình Nhờ đó, cấu trúc công trình đảm bảo sự vững chắc, an toàn và khả năng chịu lực tốt trong mọi tác động.
Hệ kết cấu theo phương đứng của công trình chủ yếu bao gồm giải pháp kết cấu khung cột vách, trong đó có các vách thang máy, thang bộ và hệ vách cột từ tầng hầm 2 đến mái Việc lựa chọn hệ kết cấu này đảm bảo tính vững chắc, chịu lực tốt và phù hợp với cấu trúc của công trình Các vách thang máy và thang bộ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp lối thoát và di chuyển an toàn cho cư dân Hệ vách cột từ tầng hầm 2 đến mái giúp tăng cường khả năng chịu tải, chống rung lắc và duy trì sự ổn định của toàn bộ công trình.
Hệ kết cấu theo phương thẳng đứng đóng vai trò quan trọng trong việc chịu lực của công trình, không chỉ giúp truyền tải tải trọng đứng mà còn tham gia chịu các lực ngang hiệu quả Các thành phần của hệ kết cấu này bao gồm các cột, trụ và các yếu tố chịu lực dọc, đảm bảo sự ổn định và khả năng chịu lực của toàn bộ công trình Việc thiết kế hệ kết cấu theo phương thẳng đứng phù hợp giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực và đảm bảo an toàn lâu dài cho công trình xây dựng.
- Các nhóm chiều dày vách: 400mm.
1.3.1.2 Giải pháp kết cấu theo phương ngang.
Việc lựa chọn giải pháp kết cấu sàn phù hợp là yếu tố quyết định đến tính kinh tế của công trình Đặc biệt, đối với các công trình cao tầng, tải trọng tích lũy xuống các cột và móng càng lớn, làm tăng chi phí xây dựng và dễ gây ảnh hưởng bởi tải trọng ngang do động đất Do đó, ưu tiên lựa chọn các giải pháp sàn nhẹ giúp giảm tải trọng thẳng đứng, tối ưu hóa kết cấu, tiết kiệm chi phí xây dựng và nâng cao tính an toàn cho công trình.
Các loại kết cấu sàn đang được sử dụng rông rãi hiện nay gồm:
Hệ cấu tạo gồm các thành phần chính là hệ dầm và bản sàn, mang lại tính vững chắc cho kết cấu công trình Ưu điểm nổi bật của hệ này là tính toán đơn giản, giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế và thi công Ngoài ra, hệ dầm và bản sàn còn tăng cứng kết cấu, phù hợp cho các hệ kết cấu khung – vách và khung – lõi, đảm bảo độ an toàn và ổn định của công trình Đây là phương án phổ biến tại Việt Nam nhờ vào công nghệ thi công đa dạng, thuận tiện, giúp lựa chọn công nghệ phù hợp với dự án một cách dễ dàng.
Nhược điểm chính của hệ dầm vượt khẩu độ lớn là chiều cao dầm và độ võng của bản sàn tăng đáng kể, làm tăng chiều cao tầng của công trình Điều này gây ảnh hưởng đến khả năng tối ưu hóa không gian sử dụng, khiến công trình không tiết kiệm diện tích hiệu quả.
Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột giúp giảm chiều cao kết cấu, tiết kiệm không gian sử dụng và dễ dàng phân chia không gian nội thất Ưu điểm nổi bật của phương án này là thi công nhanh hơn so với phương án sàn dầm, nhờ không cần gia công cốp pha và cốt thép phức tạp Việc lắp dựng ván khuôn và cốp pha cũng đơn giản, tạo điều kiện thi công hiệu quả, tiết kiệm thời gian và công sức.
Phương án này có nhược điểm là các cột không được liên kết với nhau để tạo thành khung, khiến độ cứng giảm so với phương án sàn dầm Do đó, khả năng chịu lực theo phương ngang của phương án này kém hơn, chủ yếu dựa vào vách chịu tải trọng ngang và cột cùng vách chịu tải trọng đứng Sàn cần có chiều dày lớn để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủng, khiến khối lượng sàn tăng lên.
Sàn không dầm ứng lực trước
Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột, với cốt thép được ứng lực trước, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội Phương pháp này giúp giảm chiều dày sàn, giảm độ võng, từ đó giảm chiều cao công trình và tiết kiệm không gian sử dụng hiệu quả Đồng thời, nó tạo điều kiện dễ dàng phân chia không gian các khu vực chức năng, tối ưu hóa công năng của công trình.
Nhược điểm: Tính toán phức tạp Thi công đòi hỏi thiết bị chuyên dụng.
TẢI TRỌNG
TĨNH TẢI
TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG
Hoạt tải Tải trọng gió Dài hạn Tải trọng gió tĩnh
Ngắn hạn Tải trọng gió động Toàn phần
Xác định hệ số Mass
Tĩnh tải tác dụng lên sàn bao gồm trọng lượng bản thân bản BTCT, trọng lượng các lớp hoàn thiện và đường ống thiết bị.
Bảng 2.1 – Tỉnh tải các lớp cấu tạo sàn điển hình
STT Vật liệu TLR Độ dày TTTC HSVT TTTT
(kN/m3) (mm) (kN/m2) (n) (kN/m2) Các lớp hoàn thiện sàn và trần
Tổng tĩnh tải chưa kể trọng lượng
Tải trọng vói hệ số vượt tải trung
Bảng 2.2 – Tỉnh tải các lớp cấu tạo sàn tầng sân thượng và mái
STT Vật liệu TLR Độ dày TTTC HSVT TTTT
(kN/m3) (mm) (kN/m2) (n) (kN/m2) Các lớp hoàn thiện sàn và trần
Tổng tĩnh tải chưa kể trọng lượng
Tải trọng vói hệ số vượt tải trung
Bảng 2.3 – Tỉnh tải các lớp cấu tạo sàn vệ sinh
STT Vật liệu TLR Độ dày TTTC HSVT TTTT
(kN/m3) (mm) (kN/m2) (n) (kN/m2) Các lớp hoàn thiện sàn và trần
Tổng tĩnh tải chưa kể trọng lượng
Tải trọng vói hệ số vượt tải trung
Bảng 2.4 – Tỉnh tải các lớp cấu tạo sàn sảnh, hành lang (tầng điển hình)
STT Vật liệu TLR Độ dày TTTC HSVT TTTT
(kN/m3) (mm) (kN/m2) (n) (kN/m2) Các lớp hoàn thiện sàn và trần
Tổng tĩnh tải chưa kể trọng lượng
Tải trọng vói hệ số vượt tải trung
Bảng 2.5 – Tỉnh tải các lớp cấu tạo ban công (tầng điển hình)
STT Vật liệu TLR Độ dày TTTC HSVT TTTT
(kN/m3) (mm) (kN/m2) (n) (kN/m2) Các lớp hoàn thiện sàn và trần
Tổng tĩnh tải chưa kể trọng lượng
Tải trọng vói hệ số vượt tải trung
Bảng 2.6 – Tỉnh tải các lớp cấu tạo sàn kỹ thuật(tầng điển hình)
STT Vật liệu TLR Độ dày TTTC HSVT TTTT
(kN/m3) (mm) (kN/m2) (n) (kN/m2) Các lớp hoàn thiện sàn và trần
Tổng tĩnh tải chưa kể trọng lượng
Tải trọng vói hệ số vượt tải trung
Bảng 2.7 – Tỉnh tải các lớp cấu tạo cầu thang
STT Vật liệu TLR Độ dày TTTC HSVT TTTT
Các lớp hoàn thiện sàn và trần
Tổng tĩnh tải chưa kể trọng lượng
Tải trọng vói hệ số vượt tải trung
Bảng 2.8 – Trọng lượng tường xây trên dầm và sàn
TLR Dày Hệ số độ
3.6 x htường lỗ dày 200 Htường = htầng – hsàn
1.8 x htường dày 100 Htường = htầng – hsàn
Ghi chú: Tại vị trí thường có cửa ta lấy 80% tải trọng tường.
HOẠT TẢI
Hoạt tải đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng chịu lực của công trình theo TCVN 2737 – 1995, đảm bảo an toàn và độ bền của công trình trong quá trình thi công và sử dụng Công năng của từng khu vực trong công trình ảnh hưởng trực tiếp đến giá trị hoạt tải phù hợp, giúp tối ưu hóa thiết kế kết cấu phù hợp với đặc thù sử dụng của từng khu vực Việc xác định chính xác giá trị hoạt tải cho từng khu vực là yếu tố then chốt để đảm bảo tính khả thi, an toàn và tiết kiệm chi phí xây dựng.
Bảng 2.9 – Hoạt tải tác dụng lên sàn
Giá trị tiêu chuẩn (kN/m 2 ) Hệ số Hoạt tải
STT Loại sàn vượt tải tính toán
Ngắn Toàn n hạn phần (kN/m 2 )
0.30 1.20 1.50 1.30 1.95 phòng ăn, vệ sinh và bếp
Sảnh, hành lang, cầu thang
7 Mái bằng có sử dụng 0.00 2.00 2.00 1.20 2.40
8 Mái bằng không có sử dụng 0.00 0.75 0.75 1.30 0.975
Theo mục 4.3.3 trong TCVN 2937:1995, hệ số độ tin cậy đối với tải trọng phân phối đều trên sàn và cầu thang được quy định là 1.3 khi tải trọng tiêu chuẩn nhỏ hơn 2 kN/m² Trong trường hợp tải trọng tiêu chuẩn lớn hơn hoặc bằng 2 kN/m², hệ số này giảm còn 1.2, đảm bảo tính an toàn và chính xác trong thiết kế kết cấu.
TẢI TRỌNG GIÓ
Theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999: gió nguy hiểm nhất là gió vuông góc với mặt đón gió.
Tải trọng gió bao gồm 2 thành phần:
Thành phần tĩnh của gió.
Thành phần động của gió.
Tải trọng gió tĩnh được tính toán như sau:
- W o = 0.83 kN/m 2 Công trình đang xây dựng ở Tp Hồ Chí Minh thuộc khu vực II-
A, và ảnh hưởng của gió bão được đánh giá là yếu.
- k z : là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, lấy theo bảng 5, TCVN 2737:1995
- c: là hệ số khí động, đối với mặt đón gió c = + 0.8, mặt hút gió c = - 0.6 Hệ số tổng cho mặt đón gió và hút gió là: c = 0.8 + 0.6 = 1.4
- Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió là = 1.2
Tải trọng gió tĩnh được xác định dưới dạng lực tập trung tại các cao trình sàn, giúp đánh giá chính xác tác động của gió lên kết cấu Lực gió này được đặt tại tâm cứng của mỗi tầng để phản ánh đúng ảnh hưởng của gió theo phương X và phương Y Cụ thể, W tC x là lực gió tiêu chuẩn theo phương X, trong khi W tC y là lực gió theo phương Y, đều được tính bằng áp lực gió nhân với diện tích đón gió Việc tính toán chính xác này giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế kết cấu xây dựng chịu tác động của gió tĩnh.
Bảng 2.10 – Kết quả tính toán gió tĩnh theo phương X, phương Y
Vị trí công trình: BCons Garden
Tỉnh/Thành phố: Hồ Chí Minh Quận/Huyện: Quận Thủ Đức
- Chiều dài công trình By 27.2 m
- Chiều rộng công trình Bx 118.25 m
- Vùng áp lực gió IIA Giảm tải 0.12 kN/m2
- Áp lực gió tiêu chuẩn W 0 0.95 W 0.83 kN/m2
- Hệ số khí động C 1.4 (Gió đẩy c = +0.8; Gió hút c = -0.6)
High Elevation Mass Bx By kZ (j)
TANG MAI 3.00 74.80 252.46 118.25 27.20 1.44 354.75 81.60 591.98 136.17TANG KT 3.00 71.80 323.79 118.25 27.20 1.43 354.75 81.60 587.64 135.17TANG THUONG 3.60 68.80 2043.76 118.25 27.20 1.41 425.70 97.92 699.77 160.96TANG 20 3.30 65.20 3072.04 118.25 27.20 1.40 390.23 89.76 635.28 146.13TANG 19 3.30 61.90 3052.24 118.25 27.20 1.39 390.23 89.76 629.37 144.77TANG 18 3.30 58.60 3052.24 118.25 27.20 1.37 390.23 89.76 623.19 143.35TANG 17 3.30 55.30 3052.24 118.25 27.20 1.36 390.23 89.76 616.72 141.86TANG 16 3.30 52.00 3052.24 118.25 27.20 1.35 390.23 89.76 609.93 140.30
TANG 14 3.30 45.40 3052.24 118.25 27.20 1.31 390.23 89.76 595.21 136.91 TANG 13 3.30 42.10 3052.24 118.25 27.20 1.29 390.23 89.76 587.18 135.06 TANG 12 3.30 38.80 3052.24 118.25 27.20 1.28 390.23 89.76 578.62 133.09 TANG 11 3.30 35.50 3052.24 118.25 27.20 1.26 390.23 89.76 569.43 130.98 TANG 10 3.30 32.20 3052.24 118.25 27.20 1.23 390.23 89.76 559.52 128.70
Vị trí công trình: BCons Garden
Tỉnh/Thành phố: Hồ Chí Minh Quận/Huyện: Quận Thủ Đức
- Chiều dài công trình By 27.2 m
- Chiều rộng công trình Bx 118.25 m
- Vùng áp lực gió IIA Giảm tải 0.12 kN/m2
- Áp lực gió tiêu chuẩn W 0 0.95 W 0.83 kN/m2
- Hệ số khí động C 1.4 (Gió đẩy c = +0.8; Gió hút c = -0.6)
High Elevation Mass Bx By kZ (j)
TANG 9 3.30 28.90 3052.24 118.25 27.20 1.21 390.23 89.76 548.73 126.22 TANG 8 3.30 25.60 3052.24 118.25 27.20 1.18 390.23 89.76 536.89 123.50 TANG 7 3.30 22.30 3052.24 118.25 27.20 1.15 390.23 89.76 523.72 120.47 TANG 6 3.30 19.00 3052.24 118.25 27.20 1.12 390.23 89.76 508.83 117.04 TANG 5 3.30 15.70 3052.24 118.25 27.20 1.08 390.23 89.76 491.66 113.09 TANG 4 3.30 12.40 3052.24 118.25 27.20 1.04 390.23 89.76 471.21 108.39 TANG 3 3.60 9.10 3072.04 118.25 27.20 0.98 425.70 97.92 486.20 111.84 TANG 2 4.50 5.50 3363.56 118.25 27.20 0.90 532.13 122.40 555.09 127.68 TANG 1 4.00 1.00 6957.54 118.25 27.20 0.66 118.25 27.20 90.76 20.88
Sinh viên quy định bề rộng đón gió theo phương X, Y lần lượt là chiều rộng, chiều dài của công trình.
Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió theo các phương X và Y được xác định dựa trên tổng của thành phần gió đẩy và gió hút, đảm bảo tính chính xác trong thiết kế kết cấu xây dựng Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió được lấy bằng 1.2, giúp đảm bảo an toàn và ổn định trong các điều kiện gió khác nhau Các dữ liệu từ bảng tính cung cấp các thông số cần thiết để tính toán chính xác thành phần gió tĩnh theo từng phương, tối ưu hóa thiết kế kỹ thuật.
Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học:
- Sơ đồ tính toán là hệ thanh console có hữu hạn điểm tập trung khối lượng.
- Chia công trình thành n phần sao cho mỗi phần có độ cứng và áp lực gió lên bề mặt công trình có thể coi như không đổi.
Giá trị khối lượng tập trung được xác định bằng tổng trọng lượng của bản thân kết cấu và tải trọng các lớp cấu tạo sàn hoạt tải Theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 và TCXD 229-1999, có thể áp dụng hệ số chiết giảm đối với tải trọng hoạt tải, trong đó hệ số này thường được lấy là 0.5 theo bảng 1 của TCXD 229-1999 để đảm bảo tính chính xác trong tính toán kết cấu.
Hình 2.1 – Sơ đồ tính toán động lực tải gió tác dụng lên công trình
Việc tính toán tần số dao động riêng của công trình nhiều tầng đòi hỏi sự chính xác cao và phức tạp, vì vậy cần sử dụng các phần mềm máy tính hỗ trợ Trong đồ án này, phần mềm ETABS được ứng dụng để xác định các tần số dao động riêng của công trình một cách hiệu quả và chính xác.
Theo quy định tại TCXD 229-1999, việc tính toán thành phần động của tải trọng gió chỉ cần dựa trên dạng dao động đầu tiên, phù hợp với tần số dao động riêng cơ bản thứ s, thỏa mãn bất đẳng thức fₛ < fᴸ < fₛ₊₁.
Theo bảng 2 của TCXD 229:1999, giá trị fL cho kết cấu sử dụng bê tông cốt thép là 1.3 Hz khi lấy δ = 0.3 Cột và vách đều được cố định chắc chắn với móng để đảm bảo độ ổn định và khả năng chịu lực của công trình.
Gió động của công trình được xác định dựa trên hai phương X và Y, trong đó chỉ xem xét phương có chuyển vị lớn hơn để đảm bảo tính chính xác trong phân tích Quá trình tính toán thành phần động của gió bao gồm các bước quan trọng nhằm đánh giá tác động của gió lên công trình một cách toàn diện Việc xác định hướng dao động chính theo các phương này giúp tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo an toàn struktural Các bước thực hiện bao gồm phân tích chuyển vị và xác định các thành phần động của gió theo từng phương, đảm bảo tính chính xác trong dự báo tác động gió đối với kết cấu.
Bước 1: Xác định tần số dao động riêng của công trình.
Sử dụng phần mềm Etabs khảo sát mode dao động của công trình
Bảng 2.11 – Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng
Tần số dao động riêng f của hệ kết cấu phụ thuộc vào:
- Khối lượng M của hệ ( Khối lượng tăng thì TSDDR giảm và ngược lại)
- Độ cứng K của hệ (Độ cứng tăng thì TSDDR tăng và ngược lại) Đối với công trình xây dựng TSDDR còn phụ thuộc vào:
- Loại đất dưới chân công trình
- Khả năng giảm chấn của công trình
Bảng 2.12 – Kết quả 12 mode dao động với Mass Source 1TT+0.5HT.
UX UY UZ Direction Notes
Bước 2: Công trình này được tính với 4 mode dao động
Tính toán thành phần động của tải trọng theo [Điều 4.3 đến Điều 4.9 TCXD 229–1999].
Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió dựa trên ảnh hưởng của xung vận tốc gió nhằm đảm bảo độ chính xác trong thiết kế kết cấu chống gió Công thức xác định thành phần động này có đơn vị là lực, giúp đánh giá chính xác tác động của gió lên công trình trong các điều kiện gió xung Việc sử dụng các công thức tính toán đúng chuẩn không chỉ nâng cao tính an toàn mà còn tối ưu hóa chi phí thi công, phù hợp với các quy chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành.
WFj Wj jSj [Công thức 4.6 - TCXD 229-1999]
Giá trị được xác định theo [Bảng 4 - TCXD 229-1999], dựa trên hai tham số và , giúp tính toán chính xác các đặc tính của vật liệu hoặc cấu kiện Để xác định hai tham số này, tham khảo [Bảng 5 - TCXD 229-1999], trong đó mặt ZOX được sử dụng làm cơ sở đo lường Các giá trị D và H được xác định theo hình minh họa, trong đó mặt màu đen thể hiện mặt đón gió, góp phần đảm bảo tính chính xác trong quá trình thiết kế và tính toán.
Hình 2.2 – Hệ tọa độ khi xác định hệ số không gian v
Bảng 2.13 – Hệ số tương quan không gian 1 khi xét tương quan xung vận tốc gió theo chiều cao và bề rộng đón gió, phụ thuộc vào và
Bảng 2.14 – Các tham số và
Mp tọa độ cơ bán
song song với bề mặt tinh toán
Xác định các hệ số: i j1
Với yji : Chuyển vị ngang tương đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động i, không thứ nguyên Xác định từ Etabs.
Bảng 2.15 – Thông số chuyển vị UX, UY lấy ra từ Etabs
Thông số chuyển vị UX , UY (m)
Story UX1 UX2 UY1 UY2
Thông số chuyển vị UX , UY (m)
Story UX1 UX2 UY1 UY2
UX1 UX2 Đồ thị chuyển vị ngang UX, UY ứng với các dạng dao động
Bước 3: Xác định hệ số động lực ( i ) ứng với dạng dao động thứ i
Dựa vào hệ số i và [Đường số 1 - Hình 2 - TCXD 229:1999]
Bước 4: Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió
Wp( ji) M ji i yji [Công thức 4.3 - TCXD 229:1999]
Bước 5: Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng xung vận tốc gió và lực quán tính
1.2 : hệ số tin cậy đối với tải trọng gió.
1.2 : Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng Bảng 4.4, QCVN 02:2009, lấy
Bảng 2.16 – Kết quả tính toán gió động theo phương X, phương Y.
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN GIÓ TĨNH VÀ GIÓ ĐỘNG THEO PHƯƠNG X VÀ PHƯƠNG Y
Vị trí công trình: BCons Garden
Tỉnh/Thành phố: Hồ Chí Minh Quận/Huyện: Quận Thủ Đức
- Chiều dài công trình Bx 118.25 m
- Chiều rộng công trình By 27.2 m
- Vùng áp lực gió IIA Giảm tải 0.12 kN/m2
- Áp lực gió tiêu chuẩn W0 0.95 W 0.83 kN/m2
- Hệ số khí động C 1.4 (Gió đẩy c = +0.8; Gió hút c = -0.6)
Kích thước Thành phần Gió Động GTTT Gió Động
Tầng cao tầng lượng hệ
Bx By Phương X (F xi ) Phương Y (F yi ) Phương X Phương Y
(m) (m) (ton) (m) (m) Mode 1 Mode 4 Mode 2 Mode 3 Wx (kN) Wy (kN)
Kích thước Thành phần Gió Động GTTT Gió Động
Tầng cao tầng lượng hệ
Bx By Phương X (F xi ) Phương Y (F yi ) Phương X Phương Y
(m) (m) (ton) (m) (m) Mode 1 Mode 4 Mode 2 Mode 3 Wx (kN) Wy (kN)
2.3.3 Nội lực cho thành phần tĩnh và động của tải gió xác định như sau: s
Việc tổ hợp nội lực gió đòi hỏi sử dụng phần mềm ETABS để đảm bảo chính xác và hiệu quả, do quá trình tính toán phức tạp và khối lượng công việc lớn Quá trình tổ hợp nội lực tải trọng gió được thực hiện qua các bước cụ thể nhằm đảm bảo tính chính xác của kết quả Sử dụng phần mềm ETABS giúp đơn giản hóa quy trình tính toán phức tạp này và nâng cao độ chính xác của các kết quả tính toán.
Tạo ra 4 trường hợp tải bao gồm:
- Gió tĩnh theo phương X: WTX
- Gió tĩnh theo phương Y: WTY
- Gió động theo phương X: WDX
- Gió động theo phương Y: WDY
- Khai báo các tổ hợp cho các trường hợp tải (COMB)
- Tổ hợp nội lực thành phần tĩnh và động của tải trọng gió thông qua 2 CASE
- Gió theo phương X: WX = WDX “+” WTX
- Gió theo phương Y: WY = WDY “+” WTY
“+”: Tổ hợp theo dạng ADD
Giá trị tải trọng gió tĩnh ta sẽ gán vào mô hình ETABS ở tâm hình học còn gió động gán vào tâm khối lượng của công trình.
TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
Động đất là một yếu tố không thể thiếu trong quá trình thiết kế các công trình cao tầng, đảm bảo an toàn và tính khả thi của dự án Khi xây dựng trong các khu vực có nguy cơ động đất, việc tính toán tải trọng động đất là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo công trình chịu lực tốt và phòng tránh rủi ro Thiết kế các công trình cao tầng cần tuân thủ các tiêu chuẩn về động đất để đảm bảo an toàn cho người dùng và tính bền vững của cấu trúc.
Tính toán lực động đất theo tiêu chuẩn TCVN 9386- 2012 (Thiết kế công trình chịu động đất).
Theo TCVN 9386-2012, có hai phương pháp chính để tính toán tải trọng động đất là phương pháp tĩnh lực ngang tương đương và phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động Để đưa ra các phép tính chính xác, cần xác định các thông số kỹ thuật quan trọng, được trình bày rõ ràng qua các bước hướng dẫn chi tiết, giúp đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong thiết kế công trình chống chấn động.
Bước 1: Phân tích dao động công trình
Hệ số Mass Source: 100% Tĩnh tải + 30% Hoạt tải
Lựa chọn phương pháp phân tích động đất phù hợp.
Theo TCVN 9386 : 2012, có 2 phương pháp tính toán tải trọng động đất là phương pháp tĩnh lực ngang tương đương và phương pháp phân tích phổ dao động.
Với chu kì T1 = 3.15 Không thỏa mãn yêu cầu phương pháp tĩnh lực ngang tương đương:
Bước 2: Xác định các đặc trưng
- Xác định dạng đất nền;
- Xác định Gia tốc đỉnh a gR ;
- Xác định Hệ số tầm quan trọng;
- Xác định Gia tốc nền đất thiết kế ag;
- Bản chất dao động: Mức độ phân tán năng lượng thông qua hệ số ứng xử q
- Xác định khối lượng tham gia dao động thông qua bước phân tích trên.
Bước 3: Xác định phổ thiết kế
Tính toán phổ thiết kế Sd (T) theo phương ngang.
2.4.1 Đặc trưng sóng địa chất:
Đặc trưng đất nền công trình
Căn cứ vào vị trí công trình tại Quận Thủ Đức, Hồ Chí Minh Theo phụ lục H, TCVN
Theo Phụ lục F "Phân cấp, phân loại công trình xây dựng" của TCVN 9386-2012, công trình được xếp vào cấp độ I, có ý nghĩa quan trọng trong xây dựng Đáp ứng với cấp công trình này, theo Phụ lục E "Mức độ và hệ số tầm quan trọng" của cùng tiêu chuẩn, hệ số tầm quan trọng γ I được xác định là 1.25, phản ánh mức độ ưu tiên và mức độ ảnh hưởng của công trình trong các dự án xây dựng.
Dựa trên Bảng 3.1 “Các loại nền đất” của TCVN 9386-2012, các loại đất nền công trình có chỉ số N SPT từ 15 đến 50 đều thuộc nhóm đất loại C Việc xác định loại đất nền dựa vào hồ sơ địa chất xây dựng giúp đánh giá chính xác đặc tính của nền đất để thiết kế móng phù hợp Ngoài ra, theo Bảng 3.2 “Giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi,” các tham số này hỗ trợ trong việc phân tích và dự báo khả năng ứng xử của đất nền khi chịu tải trọng của công trình.
Bảng 2.17 – Bảng giá trị các tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi
2.4.2 Phổ phản ứng (theo phương ngang):
Gia tốc nền thiết kế ag agR γI 0.1081 9.81 1.25 1.326(m/ s 2 )
Hệ số tầm quan trọng γ I = 1.25 với công trình thuộc cấp I. Độ cản nhớt = 5%.
Hệ số ứng xử q đối với các tác động động đất theo phương nằm ngang
Theo mục 5.2.2.2 TCVN 9386-2012, giá trị giới hạn trên của hệ số ứng xử q để đảm bảo khả năng tiêu tán năng lượng cần được tính cho từng phương khi thiết kế Giá trị của q được xác định bằng công thức q = qo kw, trong đó q phải lớn hơn hoặc bằng 1.5 lần giá trị cơ bản của hệ số ứng xử qo, phù hợp với loại kết cấu và tính đều đặn của nó theo mặt đứng Hệ số phản ánh dạng phá hoại phổ biến trong hệ kết cấu có tường chịu lực là k w.
Bảng 2.18 – Giá trị cơ bản của hệ số ứng xử q 0 cho hệ có sự đều đặn theo mặt đứng
Loại kết cấu Cấp dẻo kết cấu trung bình Cấp dẻo kết cấu cao
Hệ khung, hệ hỗn hợp, hệ tường kép 3,0u/1 4.5u/1
Hệ không thuộc hệ tường kép 3.0 4.0u/1
Hệ kết cấu chịu lực chính của công trình là khung nhiều tầng, nhiều nhịp, kết hợp hệ kết cấu hỗn hợp tương đương khung Nhờ đó, cấu trúc xây dựng đảm bảo khả năng chịu lực tối ưu, vững chắc và ổn định trong quá trình sử dụng Phân tích hệ kết cấu giúp xác định các yếu tố kỹ thuật quan trọng, nâng cao hiệu quả thi công và đảm bảo an toàn công trình.
kw = 1 đối với hệ khung và hệ kết cấu hỗn hợp tương đương khung.
Tỷ số αu = 1.3 là hệ số nhân vào giá trị thiết kế của tác động động đất theo phương nằm ngang để đảm bảo các cấu kiện của kết cấu đạt giới hạn độ bền chịu uốn trước khi xảy ra mất ổn định toàn bộ kết cấu Hệ số này cũng phản ánh khả năng hình thành các khớp dẻo trong các tiết diện đủ để gây ra mất ổn định tổng thể của kết cấu, đồng thời có thể được xác định thông qua phân tích phi tuyến tính tổng thể.
Hệ số ứng xử q với tác động theo phương ngang của công trình:
Phổ phản ứng đàn hồi theo phương ngang S d (T) của công trình được xác định qua các biểu thức sau:
Bảng 2.19 – Bảng tổng hợp các hệ số tính động đất
Bảng tính toán các hệ số tính động đất
Tên công trình: Bcons Suối Tiên
Tỉnh, thành: Hồ Chí Minh Địa điểm xây dựng: Quận, huyện: Quận Thủ Đức
Gia tốc đỉnh đất nền tham chiếu agR = 0.0727g 0.71319 m/s 2
Hệ số tầm quan trọng
Gia tốc đỉnh đất nền thiết kế ag = agR x I 0.89148 m/s 2
Hệ số ứng xử q = q0 x kW 3.9
Bảng 2.20 – Bảng số liệu biểu đồ Phổ phản ứng đàn hồi
BIỂU ĐỒ PHỔ PHẢN ỨNG ĐÀN HỒI Chu kỳ dao Phổ thiết Chu kỳ dao Phổ thiết Chu kỳ dao Phổ thiết động kế động kế động kế
BIỂU ĐỒ PHỔ PHẢN ỨNG ĐÀN HỒI Chu kỳ dao Phổ thiết Chu kỳ dao Phổ thiết Chu kỳ dao Phổ thiết động kế động kế động kế
BIỂU ĐỒ PHỔ PHẢN ỨNG ĐÀN HỒI
THIẾT KẾ CẦU THANG
CẤU TẠO CẦU THANG TẦNG ĐIỂN HÌNH
Tiến hành tính toán cho cầu thang tầng điển hình.
Hình 3.1 – Mặt bằng kiến trúc cầu thang điển hình.
KÍCH THƯỚC SƠ BỘ CẦU THANG
Chiều cao tầng điển hình là 3.3 m, có 20 bậc thang, cầu thang 2 vế, mỗi vế 10 bậc Kích thước bậc thang: hb = 165mm, lb = 280mm.
Chọn sơ bộ kích thước dầm chiếu tới D1 có kích thước 400x250mm.
- Bề rộng vế thang B = 1.050m Chiều dài đoạn giữa 2 vế thang d = 0.200m.
- Chiều cao vế thứ nhất: H1 = 1.650m Chiều cao về thứ hai: H2 = 1.650m.
- Chiều dài phần bản thang nghiêng L 2 = 2.825 (m).
- Chiều dài phần bản chiếu nghỉ L1 = 1.410 (m).
Tải trọng
- Lớp đá Granite theo phương nghiêng
- Lớp vữa: theo phương nghiêng
- Lớp bậc thang: theo phương nghiêng
Tĩnh tải tác dụng lên bản thang g ’ bn có phương thẳng góc với trục của bản nghiêng, phân làm
Hình 3.2 – Tĩnh tải tác dụng lên bản thang Bảng 3.1 – Tĩnh tải tác dụng lên bản thang
STT Vật liệu TLR Dày ϭ ϭ tđ TTTC HSVT TTTT
Tổng tĩnh tải chưa kể trọng lượng
Tải trọng vói hệ số vượt tải trung
Hoạt tải được lấy theo TCVN 2737-1995 cho cầu thang là p tc = 3 kN/m 2 , hệ số vượt tải lấy bằng 1.2 (chi tiết tải trọng xem Chương 2)
3.3.3 Tổng tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ (chiếu tới)
Bảng 3.2 – Tổng tải tác dụng lên bản chiếu nghỉ (chiếu tới)
TLR Dày ϭ TTTC HSVT TTTT
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THANG VẾ 1
Chọn kiểu cầu thang có dạng bản 2 vế Dầm kích thước sơ bộ 250x400.
Quy bản thang về thành dạng tải phân bố đều Cắt một dãy có bề rộng b = 1 m.
< 3 thì liên kết giữa bản thang và dầm chiếu tới là liên kết khớp. h s
Sử dụng ETABS V19.0.0 để mô hình 2D suy ra sơ đồ tính và nội lực cầu thang.
Hình 3.3 – Tĩnh tải - hoạt tải cầu thang vế
Hình 3.4 – Momen cầu thang vế 1
Hình 3.5 – Độ võng cầu thang vế 1
Theo TCVN 5574-2018 độ võng của bản thang được kiểm tra theo điều kiện f < fgh
Vậy với nhịp bản thang L = 3.93 m < 5 m f gh = 2001
L = 19.65(mm)Với độ võng f = 0.088(mm) < fgh 65(mm) Bản thang thỏa điều kiện độ võng
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THANG VẾ 2
Hình 3.6 – Tĩnh tải - hoạt tải cầu thang vế 2
Hình 3.7 – Nội lực cầu thang vế 2
Hình 3.8 – Độ võng cầu thang vế 2
Theo TCVN 5574-2018 độ võng của bản thang được kiểm tra theo điều kiện f < fgh
Vậy với nhịp bản thang L = 3.93 m < 5 m f gh = 2001
L = 19.65(mm) Với độ võng f = 0.088(mm) < fgh 65(mm) Bản thang thỏa điều kiện độ võng.
TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP
Thông số vật liệu thiết kế
Bê tông B30 Cốt thép CB300-V Cấu tạo bản sàn
Rb 17 Mpa Rs 260 Mpa b 1000 mm
Rbt 1.2 Mpa Rsw 210 Mpa hs 120 mm
Bảng 3.3 – Bảng tính cốt thép cầu thang 2 vế theo TCVN 5574 –
2018 3.7 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM CHIẾU NGHỈ D400X250.
Hình 3.9 – Tải trọng do bản thang tác dụng vào dầm chiếu nghỉ 3.7.1 Tải trọng.
Gồm tải trọng do bản thang, bản chiếu nghỉ truyền vào, tải trọng tường xây và trọng lượng bản thân dầm.
Tải trọng do bản thang truyền vào: R A q bt 4.61(kN / m)
Tải trọng tường xây tác dụng lên dầm với kích thước tường xây rộng 200mm cao 1200mm q 2 = n b t h t = 1.1 18 0.2 1.2 = 4.75 kN / m Tổng tải trọng: q q bt q 2 4.13
Lưu ý: Trọng lượng bản thân dầm etabs tự tính.
3.7.2 Sơ đồ tính và nội lực dầm.
Hình 3.10 – Tổng tải trọng tác dụng lên dầm chiếu nghỉ D400x250
Hình 3.11 – Nội lực xuất từ ETABS – dầm chiếu nghỉ D400x250
3.8 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM CHIẾU TỚI D400X250.
Gồm tải trọng do bản thang, bản chiếu tới truyền vào, tải trọng tường xây và trọng lượng bản thân dầm.
Tải trọng do bản thang truyền vào: R A q bt 59.4(kN / m)
3.8.2 Sơ đồ tính và nội lực
Hình 3.12 – Tổng tải trọng tác dụng lên dầm chiếu tới D400x250 không có tường xây
Hình 3.13 – Nội lực xuất từ ETABS – dầm chiếu tới D400x250 không có tường xây
3.9 TÍNH TOÁN CỐT THÉP DẦM
Bảng 3.4 – Bảng tính cốt thép dầm chiếu nghỉ, chiếu tới theo TCVN 5574 – 2018
Thông số vật liệu thiết kế
Bê tông B30 Cốt thép CB400-V Kích thước dầm
Rb 17 Mpa Rs 350 Mpa b 250 mm
Rbt 1.2 Mpa Rsw 280 Mpa h 400 mm
Eb 32500 Mpa Es 210000 Mpa a 30 mm
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM CHIẾU TỚI D400x250
Gồm tải trọng do bản thang, bản chiếu tới truyền vào, tải trọng tường xây và trọng lượng bản thân dầm.
Tải trọng do bản thang truyền vào: R A q bt 59.4(kN / m)
3.8.2 Sơ đồ tính và nội lực
Hình 3.12 – Tổng tải trọng tác dụng lên dầm chiếu tới D400x250 không có tường xây
Hình 3.13 – Nội lực xuất từ ETABS – dầm chiếu tới D400x250 không có tường xây
TÍNH TOÁN cốt thép dầm
Bảng 3.4 – Bảng tính cốt thép dầm chiếu nghỉ, chiếu tới theo TCVN 5574 – 2018
Thông số vật liệu thiết kế
Bê tông B30 Cốt thép CB400-V Kích thước dầm
Rb 17 Mpa Rs 350 Mpa b 250 mm
Rbt 1.2 Mpa Rsw 280 Mpa h 400 mm
Eb 32500 Mpa Es 210000 Mpa a 30 mm
TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ SÀN ĐIỂN HÌNH
TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH (PHƯƠNG ÁN SÀN SƯỜN)
4.2.1 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm sàn.
Chiều dày bản sàn được xác định sơ bộ theo công thức:
Trong đó: D = (0.8 ÷ 1.4) là hệ số xét đến tải trọng tác dụng lên sàn m
= (40 ÷ 45) là hệ số phụ thuộc vào dạng bản sàn L là chiều dài nhịp tính toán, L= 8 m. hs = mD
4.2.1.2 Kích thước dầm chính dầm phụ.
Chọn sơ bộ kích thước dầm nhằm giảm quá trình lặp phân tích mô hình tính toán sàn theo phương pháp phần tử hữu hạn.
Việc lựa chọn tiết diện dầm phụ thuộc vào chiều dài nhịp, các kích thước được chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm:
Công trình gồm các ô sàn có kích thước 8000 x 7225 (mm)
Chiều cao dầm được chọn theo phương cạnh ngắn của ô sàn:
Từ đó ta chọn được sơ bộ tiết diện dầm
Bảng 4.1 – Sơ bộ tiết diện dầm
Chiều rộng b Một nhịp Nhiều nhịp
Từ đó ta chọn được sơ bộ tiết diện dầm
- Dầm chính: o 300x500 mm o 300x700 mm (Đối với dầm biên)
Kích thước vách BTCT được chọn và bố trí chịu được tải trọng công trình và đặc biệt chịu tải trọng ngang do gió, động đất,…
Chọn chiều dày vách tw = 0.35 m cho các vách cứng trên mặt bằng, đối với vách lõi thang máy và ngay hố thang bộ sử dụng vách tw = 0.3 m
4.2.2 Tải trọng tác dụng lên sàn.
Tải trọng thẳng đứng gồm tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) và tải trọng tạm thời (hoạt tải).
Tải trọng thường xuyên bao gồm trọng lượng của chính các bộ phận công trình, đảm bảo tính ổn định trong quá trình sử dụng Trong khi đó, tải trọng tạm thời là các lực tác động có thể xuất hiện hoặc không xuất hiện trong các giai đoạn khác nhau của quá trình xây dựng, ảnh hưởng đến cấu trúc tạm thời và kế hoạch thi công.
Tĩnh tải và hoạt tải được tính toán dựa trên TCVN 2737:1995
4.2.3 Mô hình tính toán sàn.
Sử dụng phần mềm SAFE Version 2016 để mô hình, phân tích chuyển vị đứng dầm sàn, nội lực sàn và tính thép.
Hình 4.2 – Mô hình sàn tầng điển hình – SAFE
Hình 4.3 – Vật liệu bê tông B30 dùng cho sàn điển hình
Hình 4.4 – Vật liệu thép CB400-V, CB300-T dùng cho dầm
4.2.3.2 Khai báo các loại sàn (SLAB)
Hình 4.5 – Khai báo các loại sàn trong SAFE 4.2.3.3 Khai báo các loại dầm (BEAM)
Hình 4.6 – Khai báo các loại dầm trong SAFE 4.2.3.4 Khai báo các loại tải trọng (LOAD PATTERNS)
Hình 4.7 – Khai báo LOAD PATTERNS trong SAFE 4.2.3.5 Khai báo các trường hợp tải (LOAD CASES)
Hình 4.8 – Khai báo LOAD CASES trong SAFE 4.2.3.6 Khai báo LOAD COMBINATIONS
Hình 4.9 – Khai báo LOAD COMBINATIONS trong SAFE
Hình 4.10 – Khai báo LOAD COMBINATIONS DATA trong SAFE
Nội lực sau khi phân tích mô hình.
Hình 4.12 – Momen theo phương Y (M22) 4.2.3.8 Chia dãy thiết kế (Design Strip)
Hình 4.13 – Chia dãy theo phương X
Hình 4.14 – Chia dãy theo phương Y
Hình 4.15 – Momen dãy Strip theo phương X
Hình 4.16 – Momen dãy Strip theo phương Y
Thông số vật liệu thiết kế
Bê tông B30 Cốt thép CB300-T Cốt thép CB500-V Cấu tạo bản sàn Hàm lượng cốt thép
R b 17 Mpa R s 260 Mpa R s 435 Mpa h s 160 mm m max 0.6 %
R bt 1.2 Mpa R sw 210 Mpa R sw 300 Mpa a 0 20 mm m min 0.1 %
E b 32500 Mpa E s 200000 Mpa E s 200000 Mpa gb 1 Đường kính thép f < 10 Đường kính thép f ≥ 10
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÉP SÀN THEO TCVN 5574 - 2018
Bảng 4.2 – Kết quả tính toán thép sàn
Strip Sta M3 CW Mtt b h s a As Bố trí thép Asc att hott [M] m kN-m m mm mm mm mm2/m a mm2/m mm mm
CSA1 1.30 -13.14 2 -6.57 1000 160 25 113.06 12 200 565.49 26 134 25.84 0.42 CSA1 4.20 16.96 2 8.48 1000 160 25 146.40 10 200 392.70 25 135 19.63 0.29 CSA1 7.20 -51.71 2 -25.86 1000 160 25 460.36 12 100 1130.97 26 134 37.45 0.84 CSA2 0.00 -69.60 2 -34.80 1000 160 25 630.20 12 100 1130.97 26 134 37.45 0.84 CSA2 2.90 23.05 2 11.52 1000 160 25 200.04 10 200 392.70 25 135 19.63 0.29 CSA2 7.20 -69.20 2 -34.60 1000 160 25 626.32 12 100 1130.97 26 134 37.45 0.84 CSA3 0.00 -60.03 2 -30.01 1000 160 25 538.58 12 100 1130.97 26 134 37.45 0.84 CSA3 3.10 22.82 2 11.41 1000 160 25 197.98 10 200 392.70 25 135 19.63 0.29 CSA3 6.30 -56.86 2 -28.43 1000 160 25 508.65 12 100 1130.97 26 134 37.45 0.84 CSA4 0.00 -56.43 2 -28.22 1000 160 25 504.63 12 100 1130.97 26 134 37.45 0.84 CSA4 3.20 23.31 2 11.66 1000 160 25 202.38 10 200 392.70 25 135 19.63 0.29 CSA4 6.30 -64.18 2 -32.09 1000 160 25 578.15 12 100 1130.97 26 134 37.45 0.84 CSA5 0.00 -54.74 2 -27.37 1000 160 25 488.74 12 100 1130.97 26 134 37.45 0.84 CSA5 3.10 22.45 2 11.23 1000 160 25 194.76 10 200 392.70 25 135 19.63 0.29 CSA5 6.30 -52.00 2 -26.00 1000 160 25 463.04 12 100 1130.97 26 134 37.45 0.84 CSA6 0.00 -51.44 2 -25.72 1000 160 25 457.83 12 200 565.49 26 134 25.84 0.42 CSA6 3.50 24.24 2 12.12 1000 160 25 210.55 10 200 392.70 25 135 19.63 0.29 CSA6 6.90 -57.98 2 -28.99 1000 160 25 519.20 12 100 1130.97 26 134 37.45 0.84 CSA7 0.00 -50.07 2 -25.04 1000 160 25 445.11 12 200 565.49 26 134 25.84 0.42 CSA7 3.10 21.62 2 10.81 1000 160 25 187.39 10 200 392.70 25 135 19.63 0.29 CSA7 6.30 -48.64 2 -24.32 1000 160 25 431.81 12 200 565.49 26 134 25.84 0.42 CSA8 0.00 -50.92 2 -25.46 1000 160 25 452.97 12 200 565.49 26 134 25.84 0.42 CSA8 3.20 22.58 2 11.29 1000 160 25 195.86 10 200 392.70 25 135 19.63 0.29 CSA8 6.30 -55.12 2 -27.56 1000 160 25 492.25 12 100 1130.97 26 134 37.45 0.84 CSA9 0.00 -52.49 2 -26.25 1000 160 25 467.65 12 100 1130.97 26 134 37.45 0.84 CSA9 3.10 22.58 2 11.29 1000 160 25 195.92 10 200 392.70 25 135 19.63 0.29 CSA9 6.30 -52.54 2 -26.27 1000 160 25 468.09 12 100 1130.97 26 134 37.45 0.84
(Chi tiết tính toán thép sàn xem Phụ lục 2 – Mục 2.1)
4.2.4 Kiểm tra theo trạng thái giới hạn II.
Kiểm tra độ võng theo TCVN 5574:2018 (Phụ lục M, Bảng M1) thì độ võng của sàn kiểm tra theo điều kiện f < fgh Trong đó fgh :
[2] Độ võng sàn không nứt: Combo-F-Cracked [F3 + F4] f max = 33.01 mm < f = 36.125 mm Thỏa điều kiện.
Hình 4.17 – Độ võng sàn không có vết nứt trong vùng chịu kéo
[2] Độ võng sàn có nứt: Combo DV-F [F1 – F2 + F3] Trong đó:
F1 = 1DL + 1SDL + 1WL + 1LL1 + 1LL2 (Cracked) : là tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng
F2 = 1DL + 1SDL + 1WL + 0.3LL1 + 0.3LL2 (Cracked) : là tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn (theo TCVN 2737 – 1995 tải trọng dài hạn thường chiếm 25%
- 30% toàn bộ tải trọng nên ở đây ta lấy trung bình 30%)
F3 = 1DL + 1SDL + 1WL + 0.3LL1 + 0.3LL2 (Long Term Cracked) represents the long-term effect of sustained loads, with long-term loads accounting for approximately 25% to 30% of the total load according to TCVN 2737 – 1995, with an average of 30% This calculation is essential for assessing the durability and long-term performance of structures subjected to prolonged loading conditions.
Creep Cofficient = 1.6 (hệ số từ biến) và Sh = 0.0003, (hệ số co ngót)][Bảng 11, mục 6.1.3.6, TCVN 5574:2018] f max = 35.78mm < f = 36.125mm Thỏa điều kiện.
Hình 4.18 – Độ võng sàn có vết nứt trong vùng chịu kéo
TÍNH TOÁN HỆ KHUNG
MỞ ĐẦU
Công trình CAO ỐC BCONS SUỐI TIÊN gồm 19 tầng điển hình, 2 tầng hầm, 1 tầng dịch vụ, 1 tầng thượng, 1 tầng kỹ thuật, 1 tầng mái.
Việc tính toán khung không gian là rất phức tạp, do đó việc tính toán nội lực sẽ được tính toán bằng phần mềm ETABS.
Việc tính toán sẽ được thực hiện theo các bước sau đây:
Bước 1: Chọn sơ bộ kích thước.
Bước 2: Tính toán tải trọng.
Bước 3: Tổ hợp tải trọng.
Bước 4: Tính toán nội lực bằng phần mềm ETABS.
Hình 5.1 – Biểu đồ Momen dầm tầng điển hình
Công trình có tổng diện tích mặt bằng theo lưới cột là S = a × b = 118.25 × 27.2 3216.4 (m 2 ) Có tỉ số kích thước 2 cạnh i = b/a = 27.2/128.25 = 0.21 < 2.
Khi thiết kế kết cấu khung, việc chọn giải pháp tính khung không gian giúp khai thác tối đa khả năng chịu lực của công trình và đảm bảo phù hợp với điều kiện thực tế thi công Mô hình hóa các cấu kiện theo bản vẽ kiến trúc, bao gồm các thuộc tính quan trọng, đóng vai trò then chốt trong quá trình phân tích và thiết kế kết cấu Việc sử dụng mô hình chính xác sẽ nâng cao hiệu quả trong việc xác định các yếu tố chịu lực và đảm bảo sự an toàn của toàn bộ công trình.
Cột, dầm: khai báo phần tử thanh (Frame)
Sàn, vách cứng: khai báo phần tử Shell.
CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN DẦM, CỘT, VÁCH
5.2.1 Chọn sơ bộ tiết diện dầm
Trong kết cấu khung gồm 2 loại dầm: loại thứ nhất chỉ tác dụng chịu tải đứng, loại thứ
Dầm phụ có tác dụng chịu tải đứng, trong khi dầm khung chịu tải ngang, cả hai loại đều đóng vai trò quan trọng trong kết cấu công trình Khi lựa chọn tiết diện cho dầm phụ, ta thường dựa trên cơ sở của công thức tính cận dưới để đảm bảo khả năng chịu lực tối ưu Việc phân biệt rõ ràng giữa dầm phụ và dầm khung giúp thiết kế cấu trúc vững chắc, an toàn và phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật của dự án.
Chọn sơ bộ tiết diện dầm chính:
Chọn sơ bộ tiết diện dầm phụ:
5.2.2 Chọn sơ bộ tiết cột (Hầm 2 – Tầng 1)
Việc chọn hình dáng, kích thước tiết diện cột dựa vào yêu cầu kiến trúc, kết cấu và thi công.
Về kiến trúc đó là yêu cầu về thẫm mỹ và yêu cầu về sử dụng không gian.
Về kết cấu, kích thước tiết diện cột cần đảm bảo độ bền và độ ổn định.
Tiết diện cột Ac được chọn thông qua ước lượng tổng tải đứng tác dụng trên cột:
Chọn tiết diện sơ bộ
Bảng 5.1 - Chọn sơ bộ tiết diện cột theo tầng
5.2.3 Chọn sơ bộ tiết diện vách
Từng vách nên có chiều cao chạy suốt từ móng đến mái và có độ cứng không đổi trên toàn bộ chiều cao của nó.
Các lỗ (cửa) trên các vách không được ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu tải của vách Để đảm bảo tính an toàn, cần có biện pháp cấu tạo tăng cường cho vùng xung quanh các lỗ này, giúp duy trì độ bền và ổn định của kết cấu vách Điều này đảm bảo sự phối hợp hợp lý giữa chức năng sử dụng và yếu tố chịu lực của tấm vách.
Độ dày của thành vách (b) chọn không nhỏ hơn 150 mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều cao tầng.
Tính toán tải trọng
(Xem mục 2.1 – Chương 3: Tải trọng)
(Xem mục 2.2 – Chương 3: Tải trọng)
Theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999: gió nguy hiểm nhất là gió vuông góc với mặt đón gió.
Công trình cao 74.8 (m) > 40 (m) nên tải gió gồm thành phần tĩnh và thành phần động.
Tải trọng gió bao gồm 2 thành phần:
Thành phần tĩnh của gió.
Thành phần động của gió.
BIỂU ĐỒ TẢI TRỌNG GIÓ TĨNH BIỂU ĐỒ TẢI TRỌNG GIÓ ĐỘNG
( Chi tiết tính toán gió tĩnh, gió động xem mục 2.3.1, 2.3.2, 2.3.3 - Chương 2: Tải trọng )
(Xem mục 2.4 – Chương 3: Tải trọng)
Hình 5.2 – Thông số nhập vào mô hình để tính Phổ động đất
Hình 5.3 – Phổ tính toán mà Etabs 2018 tính được
Tổ hợp tải trọng động đất
Các phương dao động có chu kỳ liên tiếp đều giảm xuống còn dưới 0,9 lần so với chu kỳ trước, cho thấy các dạng dao động riêng này có tính độc lập tuyến tính với nhau Do đó, tổ hợp tải trọng động đất được xác định bằng phương pháp căn bậc hai của tổng bình phương, giúp phản ánh chính xác ảnh hưởng của các dạng dao động này đến công trình.
Trong phương pháp phổ phản ứng, số dạng dao động cần xem xét là những dạng dao động đóng vai trò quan trọng trong phản ứng tổng thể của công trình Điều này đảm bảo khả năng phân tích chính xác và hiệu quả của các phản ứng động, giúp cải thiện thiết kế và tối ưu hóa cấu trúc Để đạt được điều này, cần đáp ứng một trong hai điều kiện nào đó, nhằm xác định đúng các dạng dao động ảnh hưởng lớn đến phản ứng của công trình, từ đó nâng cao tính ổn định và an toàn của cấu trúc.
- Tổng các trọng lượng hữu hiệu của các dạng dao động được xem xét chiếm ít nhất 90% tổng trọng lượng của kết cấu.
- Tất cả các dạng dao động có trọng lượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng trọng lượng đều được xét đến.
Trong thiết kế kết cấu, việc sử dụng kết quả xác định để tổ hợp các hệ quả do các tải trọng khác gây ra thường dẫn đến giá trị phản ứng quá an toàn Điều này xuất phát từ thực tế rằng động đất tác động theo hai phương ngang vuông góc nhau, không luôn luôn cùng pha, do đó cần thiết áp dụng phương pháp tổ hợp thích hợp để phản ánh chính xác tác động của động đất.
Trong thiết kế công trình chống động đất, công thức tính năng lượng chịu đỡ là EE = EEdx + 0.3EEdy theo Điều 4.3.3.5.1 của TCVN 9386 – 2012 Khi xét tác động của động đất, ngoài hệ số tham gia của dao động hoạt tải là 0.3 đối với các khu vực nhà ở gia đình, cần nhân thêm hệ số 0.8 khi các tầng trong công trình được sử dụng đồng thời, theo quy định tại Điều 3.2.4 và 4.2.4 của TCVN 9386:2012.
G k,j " " E,i Qk,i với E,i 2,i (Công thức 17 TCVN 9386-2012)
Tổ hợp tải trọng
5.4.1 Các trường hợp tải trọng
Bảng 5.2 – Các trường hợp tải trọng
STT KÍ HIỆU LOẠI GHI CHÚ
1 DL DEAD Trọng lượng bản thân bê tông
2 SDL SUPERDEAD Tải trọng các lớp hoàn thiện
3 WL SUPERDEAD Tải trọng tường xây
4 LL1.2 LIVE Hoạt tải > 2 Kn/m 2
5 LL1.3 LIVE Hoạt tải ≤ 2 Kn/m 2
6 WinTX WIND Gió tĩnh theo phương X
7 WinTY WIND Gió tĩnh theo phương Y
8 WinDX WIND Gió động theo phương X
9 WinDY WIND Gió động theo phương Y
Bảng 5.3 – Các tổ hợp thành phần tải trọng
STT KÍ HIỆU THÀNH PHẦN GHI CHÚ
1 TT DL+SDL+WL Linear Add Tĩnh tải
2 GX WinTX+WinDX Linear Add Gió theo phương X
2 GY WinTY+WinDY Linear Add Gió theo phương Y
3 EX Động đất theo phương X
4 EY Động đất theo phương Y
Xác định tổ hợp tải trọng EX, EY từ phổ phản ứng trong phần mềm Etabs
2.4.2.1 Tổ hợp cơ bản theo trạng thái giới hạn II (TTGHII)
Bảng 5.4 – Tổ hợp cơ bản theo trạng thái giới hạn II
Gió X Gió Y Động đất Động đất
STT Tên tổ hợp tải 1.2 tải 1.3 X Y
12 BAOTC Envelope (COMB1TC → COMB11TC)
2.4.2.2 Tổ hợp cơ bản theo trạng thái giới hạn I (TTGHI)
Bảng 5.5 – Tổ hợp cơ bản theo trạng thái giới hạn I
Gió X Gió Y Động đất Động đất
STT Tên tổ hợp tải 1.2 tải 1.3 X Y
12 BAOTT Envelope (COMB1TT → COMB11TT)
KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH
5.5.1 Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình
Chuyển vị đỉnh của công trình TCVN 198-1997 Mục 2.6.3 TCXDVN 198-1997
Chuyển vị theo phương ngang tại đỉnh kết cấu của nhà cao tầng đối với kết cấu khung BTCT cần thõa mãn điều kiện:
Chuyển vị theo phương ngang tại đỉnh kết cấu của nhà cao tầng đối với kết cấu khung - vách cần thõa mãn điều kiện:
Trong đó: f là chuyển vị theo phương ngang tại đỉnh công trình
H là chiều cao của công trình
Tại tầng mái có chuyển vị theo phương Y cao nhất: h max 648mm < [h] 750H
Thỏa điều kiện chuyển vị đỉnh công trình
(Chi tiết kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình xem phụ lục)
5.5.2 Kiểm tra chuyển vị lệch tầng
5.5.2.1 Trường hợp không có tải trọng động đất
Theo mục 4.4.3 TCVN 9386 – 2012, việc kiểm tra bổ sung về hạn chế hư hỏng có thể được yêu cầu đối với các công trình có tầm ảnh hưởng quan trọng đối với công tác bảo vệ dân sự hoặc chứa các thiết bị có độ nhạy cao Điều kiện hạn chế chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng căn cứ theo bảng M.4 TCVN 5574:2018 là dr ≤ [f] = 1/500 = 0.002 hi, đảm bảo tính khả thi và an toàn của kết cấu xây dựng.
Trong đó: d r : là chuyển vị ngang thiết kế tương đối giữa các tầng h i : là chiều cao tầng
Bảng 5.6 – Kiểm tra chuyển vị lệch tầng (không xét đến tải trọng động đất)
Story Step Type DriftX Check X DriftY Check Y
TANG MAI Max 0.000586 OK 0.000421 OK
TANG MAI Min 0.000593 OK 0.000393 OK
TANG KT Max 0.000597 OK 0.000419 OK
TANG KT Min 0.000603 OK 0.000392 OK
TANG THUONG Max 0.000641 OK 0.000557 OK
TANG THUONG Min 0.000648 OK 0.000526 OK
Story Step Type DriftX Check X DriftY Check Y
5.5.2.1 Trường hợp có ảnh hưởng bởi tải trọng động đất
Căn cứ vào 4.4.3.2 TCVN 9386:2012 đối với nhà có bộ phận phi kết cấu là vật liệu giòn được gắn vào kết cấu
- d r là chuyển vị ngang thiết kế tương đối giữa các tầng
- là hệ số chiết giảm xét đến chu kỳ lặp thấp hơn của tác động động đất liên quan đến yêu cầu hạn chế hư hỏng, = 0.4
- d r được quy định trong các mục 4.4.2.2 và 4.3.4 có thể tóm lược như sau: d r d re q ,
- d re là chuyển vị lệch tầng
- q là hệ số ứng xử, q = 3.9
Bảng 5.7 – Kiểm tra chuyển vị lệch tầng (Có xét đến tải trọng động đất)
Story Load Case/Combo DriftX Check X DriftY Check Y
TANG MAI Max 0.000391 OK 0.000829 OK
TANG MAI Min 0.000398 OK 0.000841 OK
TANG KT Max 0.000397 OK 0.000827 OK
TANG KT Min 0.000405 OK 0.000839 OK
TANG THUONG Max 0.000461 OK 0.000938 OK
TANG THUONG Min 0.000469 OK 0.000971 OK
Story Load Case/Combo DriftX Check X DriftY Check Y
24 BIỂU ĐỒ CV LỆCH TẦNG
BIỂU ĐỒ CV LỆCH TẦNG (EQ
5.5.3 Kiểm tra hiệu ứng bậc 2 P-Delta
Dưới tác dụng của các loại tải trọng ngang như tải trọng động đất và tải trọng gió, kết cấu nhà cao tầng sẽ xuất hiện chuyển vị ngang, làm thay đổi vị trí của các tải trọng đứng và gia tăng nội lực trong các cấu kiện Mô men uốn tại các bộ phận của kết cấu sẽ tăng lên theo công thức P.Δ, phản ánh ảnh hưởng của chuyển vị ngang đối với khả năng chịu lực của tòa nhà.
Hiệu ứng bậc 2 (P-Delta) được đánh giá thông qua hệ số độ nhạy θ = (Ptot * dr)/(Vtot * h) Trong đó:
- Ptot là tổng trọng lực tại tầng đang xét và tất cả các tầng ở trên nó
- Vtot là tổng lực cắt tầng do động đất gây ra tại tầng đang xét
- dr là chuyển vị ngang thiết kế tương đối giữa các tầng
- h là chiều cao tầng đang xét.
Công thức xác định θ có thể viết lại như sau: θ = q * drif * (Ptot/Vtot)
- q là hệ số ứng xử của kết cấu q = 3.9
Drift là chuyển vị lệch tầng, hay còn gọi là chuyển vị tương đối chia theo chiều cao tầng, phản ánh sự dịch chuyển của các tầng trong kết cấu dưới tác dụng của các điều kiện khống chế Trong mô hình phân tích đàn hồi, drift đóng vai trò quan trọng để đánh giá khả năng chịu lực và độ ổn định của công trình, nhằm đảm bảo độ an toàn và bền vững theo các tiêu chuẩn thiết kế Khi thực hiện phân tích phổ thiết kế, việc tính toán drift giúp xác định mức độ lệch tầng phù hợp với giới hạn đã đặt ra, từ đó tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công và sử dụng công trình.
Phụ thuộc giá trị hệ số độ nhạy θ :
Khi θ ≤ 0.1 : không cần xét đến hiệu ứng bậc 2
Khi 0.1 < θ ≤ 0.2 : các hiệu ứng bậc 2 có thể được xét đến một cách gần đúng bằng cách nhân các hệ quả tác động với hệ số bằng 1/(1-θ)
Để hạn chế tối đa các hiệu ứng bậc 2, hệ kết cấu cần được thiết kế với độ cứng ngang lớn nhằm giảm thiểu giá trị θ Giá trị θ không vượt quá 0.3, giúp kiểm soát hiệu ứng lún ngang và duy trì tính ổn định của cấu trúc Việc tăng cường độ cứng ngang sẽ làm giảm giá trị drif, từ đó kéo theo sự giảm của θ, đảm bảo hệ kết cấu hoạt động an toàn và hiệu quả.
Bảng 5.8 – Kiểm tra hiệu ứng bậc 2 P-Delta
STT Story ×10 3 ×10 3 h (m) UX (m) UY (m) dr X θx dr Y θy [θ] 1/(1-θ Y )
STT Story ×10 3 ×10 3 h (m) UX (m) UY (m) dr X θx dr Y θy [θ] 1/(1-θ Y )
5.5.4 Kiểm tra lực dọc thiết kế qui đổi d
Theo TCVN 9386-2012, mục 5.4.3.2.1 và 5.4.3.4.1 quy định rằng để đảm bảo độ dẻo của cấu kiện, trong các trường hợp chịu tác động kháng chấn chính, tỷ số nén hoặc giá trị lực dọc thiết kế quy đổi d không vượt quá 0.65 đối với cột Đồng thời, d cũng không được vượt quá 0.4 đối với vách, nhằm duy trì khả năng chịu lực và độ dẻo cần thiết của kết cấu xây dựng.
Tỉ số nén được xác định theo công thức:
N ed : Lực dọc trong các cấu kiện cột vách, lấy trong trường hợp tổ hợp có tải trọng động đất (Lực dọc P xuất từ Etabs)
Diện tích tiết diện bê tông (A c) và cường độ thiết kế của bê tông (f cd) là những yếu tố quan trọng trong thiết kế cấu trúc bê tông theo tiêu chuẩn EC2 Theo EC2, cường độ thiết kế của bê tông được tính bằng công thức f cd = a cc × f ck / γ c, trong đó f ck là cường độ đặc trưng của mẫu lăng trụ, gần đúng bằng công thức f ck = 1.5 × f cu / 0.67 fcu dựa trên TCVN 5574 – 2018 Cường độ đặc trưng của mẫu lập phương thường được tính theo tiêu chuẩn này để đảm bảo độ bền và an toàn của kết cấu bê tông trong các dự án xây dựng.
Bảng 5.9 – Kiểm tra lực dọc thiết kế quy đổi d cho vách tầng 1
Story Pier B (m) L (m) N ed (kN) d [ d ] Kiểm tra
Story Pier B (m) L (m) N ed (kN) d [ d ] Kiểm tra
Story Pier B (m) L (m) N ed (kN) d [ d ] Kiểm tra
Bảng 5.10 – Kiểm tra lực dọc thiết kế quy đổi d cho cột Tầng 1
Theo Điều 3.2 TCVN 198:1997, nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép có tỷ lệ chiều cao trên chiều rộng nhỏ hơn 5 phải được kiểm tra chống lật dưới tác dụng của tải động đất và tải gió, nhằm đảm bảo an toàn và độ bền của công trình Áp dụng tiêu chuẩn này giúp tăng cường khả năng chịu lực của kiến trúc cao tầng trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
27.4 2.73 5 Không cần kiểm tra khả nngw chống lật của công trình.
TÍNH TOÁN CỐT THÉP DẦM
Hình 5.4 – Biểu đồ Momen dầm tầng điển hình
Thiết kế cốt thép cho cấu kiện dầm theo công thức tính toán của cấu kiện chịu uốn theo
TCVN 5574:2018 quy định về việc xuất dữ liệu từ phần mềm ETABS, trong đó nội lực dầm được lấy theo tổ hợp BAO (tương đương biểu đồ bao nội lực dầm) để tính toán cốt thép chính xác Để xác định nội lực của dầm, cần phân tích tại 3 mặt cắt riêng biệt, đảm bảo tính chính xác và an toàn kết cấu Việc sử dụng tổ hợp BAO trong quá trình tính toán giúp phản ánh đầy đủ các trạng thái ứng suất và lực tác dụng lên dầm, hỗ trợ chọn lựa cốt thép phù hợp theo tiêu chuẩn Áp dụng đúng quy định của TCVN 5574:2018 giúp kiểm soát tốt hơn các yếu tố về nội lực, đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực của kết cấu dầm trong thiết kế xây dựng.
Để tính toán cốt thép cho dầm, ta lấy moment tại các vị trí 2 gối và giữa nhịp dựa trên biểu đồ BAO Đối với lực cắt, ta xác định giá trị lớn nhất trong biểu đồ BAO để xác định cốt ngang phù hợp cho dầm Quá trình này đảm bảo tính chính xác trong thiết kế cốt thép, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng.
5.6.1 Phương pháp tính toán Dầm.
Trong đó: s,el là biến dạng tương đối của cốt thép chịu kéo khi ứng suất bằng Rs
Biến dạng tương đối của bê tông chịu nén khi ứng suất đạt Rb được xác định theo các hướng dẫn tại mục 6.1.4.2, đặc biệt trong các trường hợp có tác dụng ngắn hạn của tải trọng.
Rs Hàm lượng cốt thép tính toán và bố trí phải thỏa điều kiện sau: min max
- min 0.1%: Tỷ lệ cốt thép tối thiểu.
h s o : Hàm lượng cốt thép Hàm lượng hợp lý 0.8% 1.5%
1.9% : Tỷ lệ cốt thép tối đa. max R R s 435
Nếu x R h o thì ta tăng A’ s rồi tính lại x.
Hàm lượng cốt thép tính toán và bố trí phải thỏa điều kiện sau: min max
- min 0.1%: Tỷ lệ cốt thép tối thiểu.
h s o : Hàm lượng cốt thép Hàm lượng hợp lý 1.0% 1.5%
5.6.2.1 Tính toán cốt thép dọc.
Dầm D5.1 từ trục 14-15 (Label B4) tiết diện 300x700, Mgối 15 = -269.2 (kN.m).
5.6.2.2 Tính toán cốt thép đai chịu cắt.
Tính toán cấu kiện bê tông cốt thép theo tiết diện nghiêng chịu lực cắt theo Mục 8.1.3.3,
Hình 5.5 – Sơ đồ nội lực khi tính toán cấu kiện bê tông cốt thép theo tiết diện nghiêng chịu lực cắt
Trong đó: Q là lặc cắt trên tiết diện nghiêng với chiều dài hình chiếu C lên trục dọc cấu kiện
Q sw là lực cắt chịu bởi cốt thép ngang trong tiết diện nghiêng
Lực cắt Qb được xác định theo công thức:
Hệ số b2, bằng 1.5, phản ánh ảnh hưởng của cốt thép dọc, lực bám dính, và đặc điểm trạng thái ứng suất của bê tông phía trên vết nứt xiên.
Lực cắt Qsw được xác định theo công thức:
Trong đó, hệ số sw phản ánh sự suy giảm nội lực dọc theo chiều dài của hình chiếu tiết diện nghiêng C, được giới hạn giữa h0 và 2h0, và bằng 0.75 Lực dọc trong cốt thép ngang trên một đơn vị chiều dài cấu kiện, ký hiệu là q sw, được tính theo công thức R sw nhân với A sw, trong đó A sw bằng n nhân với hệ số , nhân với bán kính d, nhân với π rồi chia cho 4.
Dầm D5.1 từ trục 14-15 (Label B4) tiết diện 300x700, V max = 128.4 (kN).
Xác định khả năng chịu cắt của bê tông:
Bê tông không đủ khả năng chịu cắt, cần tính toán cốt đai cho dầm, chọn thép cốt đai d8,
81 Đoạn L/2 giữa dầm bố trớ đai theo yờu cầu cấu tạo: ỉ8a200
Bố trí cốt đai tương tự cho các dầm còn lại.
5.6.2.3 Tính toán cốt đai gia cường giữa dầm phụ và dầm chính.
Tại vị trí dầm phụ kê lên dầm chính, do tải trọng tập trung lớn, cần lắp đặt cốt đai gia cường hoặc cốt xiên dạng V để chịu lực tập trung Những đoạn cốt này được gọi là cốt treo, nhằm tăng khả năng chịu lực và đảm bảo kết cấu vững chắc Việc sử dụng cốt treo là biện pháp tối ưu giúp nâng cao khả năng chống chịu lực của các dầm phụ trong công trình xây dựng.
Nếu dùng cốt đai gia cường thì cốt đai phải đặt dày, diện tích các lớp cốt treo cần thiết:
Số lượng cốt treo cần thiết ở mỗi phía của dầm phụ gối lên dầm chính là:
2n.a n a R Với: sw sw sw n- là số nhánh cốt đai asw - là diện tích một nhánh cốt đai.
Trong đoạn đặt cốt đai gia cường, không cần đặt thêm cốt đai nào khác nữa. Đoạn cần bố trí cốt đai gia cường : b 2h
Hình 5.6 – Đoạn gia cường cốt treo tại vị trí dầm phụ gối lên dầm chính (Mục 10.4.12) 5.6.2.4 Kết quả tính cốt thép dầm.
Bảng 5.11 – Bảng tính toán thép dầm D5.1 (300x700)
TÍNH TOÁN CỐT THÉP DẦM (TCVN 5574 – 2018)
Công tình: Bcons Suối Tiên
Vị trí công tình: Quận Thủ Đức
Thông số vật liệu thiết kế
Bê tông B30 Cốt thép CB300-T Cốt thép CB500-V Bê tông bảo vệ Hàm lượng cốt thép
Rb 17 Mpa Rs 260 Mpa Rs 435 Mpa a0 30 mm mmax 1.9 %
Rbt 1.2 Mpa Rsw 210 Mpa Rsw 300 Mpa a 70 mm mmin 0.1 %
Eb 32500 Mpa Es 200000 Mpa Es 200000 Mpa (Mục F.2 QC Chống cháy 06-2020) R 0.4934 gb 1 R 0.3717
Tiết diện Nội lực Bố trí thép Cốt đai
Tên dầm Label b h a M Q-tu Thép chủ Gia cường As-chon [Mgh] Bố trí
(mm) (mm) (mm) (kNm) (kN) (mm) (%)
Tiết diện Nội lực Bố trí thép Cốt đai
Tên dầm Label b h a M Q-tu Thép chủ Gia cường As-chon [Mgh] Bố trí
(mm) (mm) (mm) (kNm) (kN) (mm) (%)
Tiết diện Nội lực Bố trí thép Cốt đai
Tên dầm Label b h a M Q-tu Thép chủ Gia cường As-chon [Mgh] Bố trí
(mm) (mm) (mm) (kNm) (kN) (mm) (%)
Tiết diện Nội lực Bố trí thép Cốt đai
Tên dầm Label b h a M Q-tu Thép chủ Gia cường As-chon [Mgh] Bố trí
(mm) (mm) (mm) (kNm) (kN) (mm) (%)
(Kết quả tính toán các dầm còn lại xem Phụ lục 2 – Mục 2.2)
TÍNH TOÁN CỐT THÉP VÁCH ĐƠN
Sinh viên chọn 2 trục: Trục 9 và Trục B tính toán Vách
Hình 5.7 – Khung trục 9 Hình 5.8 – Khung trục B
5.7.1 Phương pháp tính toán Vách đơn.
Vách là một kết cấu chịu lực chủ đạo trong nhà cao tầng, đóng vai trò quan trọng trong đảm bảo độ bền vững của công trình Vách cứng có tiết diện ngang lớn hơn 4b, khiến các phương pháp tính cốt thép của cột không phù hợp để áp dụng Việc lựa chọn đúng loại vách phù hợp giúp tối ưu hóa cấu trúc và nâng cao khả năng chịu lực của toàn bộ công trình.
Vách chịu nén lệch tâm có đặc điểm chịu lực không đều, tuy nhiên tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam chưa đề cập rõ ràng phương pháp tính toán cốt thép cho loại vách này Do đó, để đảm bảo tính khả thi và an toàn trong thiết kế, trong đồ án này, chúng tôi sử dụng phương pháp “Giả thiết vùng biên chịu mômen” để xác định cốt thép cho vách cứng, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn xây dựng hiện hành.
Nội dung của phương pháp “Giả thiết vùng biên chịu mômen”.
Mô hình: Thông thường, các vách cứng dạng console phải chịu tổ hợp nội lực sau: N,
Trong thiết kế cấu kiện, vách cứng được bố trí trên mặt bằng để chịu tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng của nó, chủ yếu tập trung vào khả năng chịu lực theo hướng N, My và Qx Do đó, khả năng chịu mô men ngoài mặt phẳng Mx và lực cắt theo phương vuông góc với mặt phẳng Qy thường được bỏ qua, chỉ xét tổ hợp nội lực gồm các yếu tố chính N, My và Qx để đảm bảo tính chính xác trong tính toán cấu kiện.
Hình 5.9 – Nội lực vách cứng
Phương pháp này cho rằng cốt thép đặt trong vùng biên ở hai đầu vách chịu toàn bộ momen Lực dọc trục được giả thiết phân bố đều trên toàn bộ chiều dài vách, giúp tăng khả năng chịu lực của vách chắn Đây là phương pháp thiết kế hiệu quả trong các công trình xây dựng yêu cầu độ bền cao.
5.7.2 Các bước tính toán thép dọc cho vách
Trong bước 1, giả thiết rằng chiều dài B của vùng biên chịu tải trọng moment, đồng thời xem xét vách chịu lực theo hướng trục N và momen uốn trong mặt phẳng My Momen này có thể được mô tả bằng cách quy đổi thành một cặp ngẫu lực đặt ở hai vùng biên của vách, giúp phân tích chính xác hơn về tác động của lực và mômen lên kết cấu.
[2] Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên.
- F: Diện tích mặt cắt vách.
- Fb: Diện tích vùng biên.
[3] Bước 3: Tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén.
Trong quá trình tính toán cốt thép cho vùng biên, đặc biệt là cột chịu kéo – nén đúng tâm, việc xác định khả năng chịu lực là yếu tố quan trọng Khả năng chịu lực của cột này được đánh giá dựa trên công thức chuyên dụng, giúp đảm bảo độ bền vững và an toàn của công trình Việc tính toán chính xác cốt thép cho khu vực biên đảm bảo cột chịu được các tải trọng kéo và nén đúng tâm, phù hợp tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng.
No R n Fb R a Fa , Trong đó:
- R n , R a : Cường độ tính toán chịu nén của BT và của cốt thép.
- F b , F a : diện tích tiết diện BT vùng biên và của cốt thép dọc.
- 1 : hệ số giảm khả năng chịu lực do uốn dọc (hệ số uốn dọc) Xác định :
max(x ;y ) Nếu: 28 thì 1 Nếu: 28 120 thì: 1.028 0.0000288 2 0.0016, Trong đó:
: độ mảnh của vách, Với: i min lo: chiều dài tính toán của vách. i min 0.288b: bán kính quán tính của tiết diện theo phương mảnh.
Từ công thức trên ta suy ra diện tích cốt thép chịu nén: Fa nen
Khi N < 0 (vùng biên chịu kéo), theo giả thiết ban đầu, ứng lực kéo do cốt thép chịu trách nhiệm chính, do đó diện tích cốt thép chịu kéo được tính dựa trên công thức phù hợp để đảm bảo độ bền và an toàn của kết cấu.
Bước 4 trong quy trình kiểm tra hàm lượng cốt thép là xác định xem cốt thép có đạt yêu cầu hay không Nếu không thỏa mãn, cần tăng kích thước B của vùng biên và tính lại từ Bước 1 để đảm bảo kết quả chính xác Chiều dài B của vùng biên tối đa bằng L/2, và khi vượt quá giá trị này, cần tăng bề dày vách để đảm bảo đủ khả năng chịu lực và an toàn kết cấu.
Khi tính ra Fa < 0: Đặt cốt thép chịu nén theo cấu tạo Theo TCVN 5574-2012 Thép cấu tạo cho vách cứng trong vùng động đất trung bình và mạnh.
- Cốt thép đứng: hàm lượng 0.6% 4%.
- Cốt thép ngang: hàm lượng 0.4% nhưng không chọn ít hơn 1/3 hàm lượng của cốt thép dọc.
Trong tính toán nội lực vách này chọn hàm lượng thép dọc cấu tạo của các vùng:
Trong bước 5, cần kiểm tra phần tường còn lại để đảm bảo các cấu kiện chịu nén đúng tâm và đạt yêu cầu về khả năng chịu lực Nếu bê tông đã đạt đủ khả năng chịu lực, cốt thép chịu nén trong vùng này cần được lắp đặt đúng theo thiết kế cấu tạo Việc kiểm tra và thi công chính xác giúp đảm bảo độ bền và an toàn của công trình tường chịu lực.
[6] Bước 6: Tính cốt thép ngang.
- Theo TCVN 5574:2018, cho phép tính toán các tiết diện nghiêng mà không cần xét các tiết diện nghiêng chịu lực cắt do ngoại lực theo điều kiện sau:
Q 1 là lực cắt trong tiết diện nghiêng thẳng góc do ngoại lực;
Q b,1 là lực cắt chịu bởi bê tông trong tiết diện nghiêng được xác định theo công thức:
Hệ số φn, là đại lượng phản ánh ảnh hưởng của ứng suất nén và kéo trong quá trình tính toán dải bê tông giữa các tiết diện nghiêng Công thức tính Qb,1 = φ × ψ × 0.5Rbt bh0 thể hiện mối liên hệ giữa các yếu tố như chiều rộng, chiều cao và các yếu tố chịu lực của bê tông Điều kiện áp dụng yêu cầu bề rộng b0 không vượt quá 2.5 lần Rbt để đảm bảo tính chính xác của các phép tính liên quan đến ứng suất và khả năng chịu lực của bê tông trong cấu kiện bê tông cốt thép.
R b σ m là ứng suất nén trung bình trong bê tông do tác dụng của lực dọc, lấy dấu
“dương”, đại lượng này tính bằng ứng suất trung bình trong tiết diện cấu kiện có kể đến cốt thép:
N là lực dọc nén trong tiết diện thẳng góc do ngoại lực;
A là diện tích tiết diện bê tông;
Q sw,1 là lực cắt chịu bởi cốt thép ngang trong tiết diện nghiêng:
0 q sw là lực trong cốt thép ngang trên một đơn vị chiều dài cấu kiện:
A sw là diện tích cốt đai: Asw n asw ; n là số nhánh cốt đai; a sw là diện tích 1 nhánh cốt đai; s w là khoảng cách cốt đai.
[7] Bước 7: Bố trí cốt thép cho vách cứng.
Khoảng cách giữa các thanh cốt thép dọc và ngang không được lớn hơn trị số nhỏ nhất trong
Bố trí cốt thép cần phải tuân thủ theo “TCVN 5574:2018” như sau:
- Phải đặt hai lớp lưới thép Đường kính cốt thép chọn không nhỏ hơn 10 mm và không hơn 0.1b.
- Hàm lượng cốt thép đứng chọn 0.6% 3.5% (Với động đất trung bình mạnh).
- Cốt thép nằm ngang chọn không ít hơn 1/3 lượng cốt thép dọc với hàm lượng 0.4%
(Với động đất trung bình và mạnh) Dùng đai 2 nhánh (n = 2).
- Cần có biện pháp tăng cường tiết diện ở khu vực biên các vách cứng.
- Tại các góc liên kết các vách cứng với nhau phải bố trí các đai liên kết.
Môment có thể đổi chiều nên cốt thép vùng biên F a max F a n ,F a k , cốt thép vùng giữa
Vách Pier P-07 có kích thước bề rộng t w = 0.4m và chiều dài L = 1.3m, chạy từ tầng BASE đến tầng TANG MAI, tạo nên diện tích mặt cắt ngang là F = 0.52m² Kết quả phân tích từ phần mềm ETABS cung cấp các thông số liên quan đến khả năng chịu lực của vách, đảm bảo tính an toàn và kết cấu vững chắc cho toàn bộ công trình.
Bảng 5.12 – Nội lực vách hầm 2 – hầm 1
Story Pier Load Loc P(kN) M 2 (kN.m) M 3 (kN.m)
5.7.3.1 Tính toán cốt thép dọc.
Giả thiết chiều dài vùng biên Bleft = Bright = (0.2-0.25)L= 0.4m.
Diện tích vùng biên F bien 0.4 0.4 0.16m 2
- Xác định lực kéo , nén trong vùng biên:
- Tính toán cốt thép cho vùng biên như cột chịu kéo – nén đúng tâm:
+ Diện tích cốt thép chịu nén là:
Kiểm tra khả năng chịu lực của vùng giữa:
+ Lực nén do lực dọc N tác dụng lên vùng giữa là:
0.52 0.4 (1.3 2 0.4) 4277.8 kN + Khả năng chịu lực nén của BT vùng giữa:
5.7.3.2 Kiểm tra khả năng chịu cắt của cốt ngang
Bảng 5.13 – Nội lực vách hầm 2 – hầm 1
Story Pier Load P (kN) V(kN)
HAM 1 P-07 COMB1TT -11122.4 428.89 Ứng suất nén trung bình trong bê tông do tác dụng của lực dọc:
Xác định khả năng chịu cắt của bê tông trong tiết diện nghiêng:
428.89(kN) Bê tông không đủ khả năng chịu cắt, cần tính toán cốt đai cho dầm, chọn thép cốt đai d12, Số nhánh cốt đai n = 2
5.7.4 Kết quả tính cốt thép Vách.
Bảng 5.14 – Kết quả tính cốt thép Vách
THUYẾT MINH TÍNH TOÁN CỘT VÁCH BÊ TÔNG CỐT THÉP (Theo TCVN 5574-2018)
Công tình: Bcons Suối Tiên
Thông số vật liệu thiết kế
Bê tông B40 Cốt thép CB500-V Bê tông bảo vệ Hàm lượng cốt thép
R bt 1.4 Mpa R sc 400 Mpa m min 1 %
E b 36000 Mpa E s 200000 Mpa (Mục F.2 QC Chống cháy 06-2020) R 0.4934
A sl A sr Thộp vựng biờn A sm Thộp vựng giữa à vách (kN.m) (mm) (mm) (m)
(mm 2 ) (mm 2 ) Kí A sc (mm 2 )
A sl A sr Thộp vựng biờn A sm Thộp vựng giữa à vách (kN.m) (mm) (mm) (m)
(mm 2 ) (mm 2 ) Kí A sc (mm 2 )
Kí A sc A sc vách (kN.m) (mm) (mm) (m)
Tầng Output Case P (kN) b (mm) φ n Q b,1 (kN) vách (kN) (mm) (mm) s w (mm) ỉ n A sw (mm 2 )
TANG MAI P-07 COMB11TT -44.7309 -2.6579 300 1000 50 149.103 1.007 200.852 150 10 2 157 208.916 OK
TANG KT P-07 COMB11TT -66.8034 -4.0117 300 1000 50 222.678 1.010 201.519 150 10 2 157 208.916 OK
TANG THUONG P-07 COMB7TT -414.523 88.7239 400 1300 50 797.160 1.036 362.682 150 10 2 157 274.889 OK
Tầng Output Case P (kN) b (mm) φ n Q b,1 (kN) vách (kN) (mm) (mm) s w (mm) ỉ n A sw (mm 2 )
(Kết quả tính toán các vách còn lại xem Phụ lục 2 – Mục 2.3)
5.7.5 Kiểm tra vách P-07 bằng PROKON v3
Hình 5.10 – Mặt cắt ngang bố trí thép vách P-07
Bước 1: Khai báo tiết diện và vật liệu trong Prokon
- Sau khi triển khai mặt cắt thép vách P-07 bằng Autocad, dùng LISP (lệnh APPLOAD) kết hợp lệnh COOR để lấy tọa độ các điểm Point để đưa vào Prokon
- Sử dụng tiêu chuẩn Eurocode 2 – 2004 trong Prokon để kiểm tra tính toán
- Hệ số từ biến bê tông lấy bằng 1.4
- Độ mảnh của cấu kiện là = 0.972
Hình 5.11 – Mặt cắt ngang bố trí thép vách P-07
- Sau khi khai báo tiết diện ta được cấu kiện vách P-07 trong Prokon:
Hình 5.12 – Mặt cắt ngang bố trí thép vách P-07 (PROKON)
Bước 2: Nhập tải trọng tính toán được xuất từ Etabs vào Prokon
Các tổ hợp kiểm tra cho vách P-07:
Story Pier No Combo Bottom Top Top Bottom Bottom kN kNm kNm kNm kNm
Bảng 5.15 – Bảng số liệu tải trọng P-07
Hình 5.13 – Nhập tải trọng vào PROKON
Hình 5.14 – Biểu đồ tương tác Vách P-07 (2D – Phương X )
Hình 5.15 – Biểu đồ tương tác Vách P-07 (3D)
Hình 5.16 – Kết quả kiểm tra bằng phần mềm PROKON
Kết luận từ phần mềm PROKON cho thấy cấu kiện có hệ số an toàn (safety factor) là 1.07, vượt qua ngưỡng an toàn tối thiểu là 1, đảm bảo độ bền vững của kết cấu Theo đó, cấu kiện này phù hợp với tiêu chuẩn LC1, đồng thời tổ hợp nguy hiểm nhất được xác định là COMB1TT, giúp đánh giá chính xác mức độ rủi ro và tối ưu hóa thiết kế.
Từ đó có thể rút ra kết luận rằng cấu kiện vách lõi thang đủ khả năng chịu lực.
THIẾT KẾ VÁCH LÕI THANG
5.8.1 Gán phần tử và lấy nội lực trong Etabs.
Trong Etabs người dùng có thể tổng hợp nội lực để tính toán vách lõi bằng cách gán thuộc tính Pier hay Spandrel cho các phần tử vách.
Vách đứng gán Pier (P) – lấy nội lực như cột
Vách ngang gán Spandrel (S) – lấy nội lực như dầm
Vì tính toán lõi theo quan điểm các vách trong lõi làm việc chung với nhau nên sinh viên gán Pier và Spendral trong Etabs như sau:
5.8.2 Phương pháp tính toán Vách lõi thang.
Hiện nay, phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi được nhiều sinh viên lựa chọn để tính toán sơ bộ hàm lượng thép dọc của cấu kiện vách Phương pháp này giúp xác định chính xác khả năng chịu lực của vách, đồng thời dễ dàng kiểm tra lại bằng phần mềm PROKON Ngoài ra, còn có các phương pháp khác như phương pháp vùng biên chịu moment và phương pháp kiểm tra bằng biểu đồ tương tác để phân tích cấu kiện vách, mang lại độ chính xác và hiệu quả cao trong thiết kế và kiểm tra kết cấu.
5.8.3 Tính toán sơ bộ thép dọc lõi W-04.
Hình 5.17 – Phân chia phần tử W-
04 5.8.3.2 Xác định trọng tâm lõi và trọng tâm phần tử.
Trong phần mềm AutoCAD, để xác định trọng tâm lõi, bạn cần tạo miền đặc bằng lệnh Region Sau đó, sử dụng lệnh Massprop để đọc các thông số liên quan, trong đó có trọng tâm Cuối cùng, điều chỉnh gốc tọa độ về đúng vị trí của trọng tâm lõi để thuận tiện trong quá trình tính toán và thiết kế.
Nội lực được phân phối như sau:
M x yi M y xi Ni Ai , Trong đó:
- M x M 2 ;M y M 3 : giá trị moment Pier quay quanh trục X, Y tương ứng với trục
- x i ,y i : giá trị tọa độ trọng tâm phần tử so với trọng tâm lõi (mm)
- I x ,I y : moment quán tính đối với trục X, Y của lõi (mm 4 )
- A i : diện tích tiết diện phần tử I (mm 2 )
- N i : lực dọc tác dụng lên phần tử thứ I (kN)
- Qui ước dấu ứng suất: ứng suất dương (+): nén, ứng suất âm (-): kéo
5.8.3.4 Tính toán cụ thể phần tử 1.
Bảng 5.16 – Thông số của lõi thang
Bảng 5.17 – Thông số tính toán phần tử 1
Phần tử b h Xc Yc I X I Y Ab
(mm) (mm) (mm) (mm) (mm4) (mm4) (mm2)
Story Pier Output Loc N V X V Y T M X M Y kN kN kN kN-m kN-m kN-m
Phần tử b (mm) H (mm) Xc (mm) Yc (mm)
Tầng Tổ hợp Vị trí P (kN) M 2 (kN.m) M 3 (kN.m)
Vậy phần tử 1 tương ứng với COMBO1TT chịu nén.
Bảng 5.18 – Kết quả phân phối nội lực các phần tử
Story Pier Phần tử b h Ab max Nmax Check
Sinh viên sẽ sơ bộ tính toán phần cốt thép dọc cho tất cả các phần tử ứng với nội lực tầng 2 để đảm bảo độ an toàn cấu trúc Sau đó, quá trình kiểm tra tất cả các tầng được thực hiện bằng phần mềm Etabs, giúp xác nhận chính xác các kết quả phân tích và đảm bảo tính khả thi của thiết kế kết cấu Việc kết hợp giữa tính toán sơ bộ và kiểm tra bằng phần mềm hỗ trợ tối ưu hóa quá trình thiết kế kết cấu thép, đảm bảo công trình đạt tiêu chuẩn an toàn và hiệu quả.
Thép dọc được sơ bộ như sau:
Phần tử chịu kéo (5574:2018): Ast R s , Trong đó:
- A st : diện tích thép chịu kéo (mm 2 )
- N: lực dọc của phần tử (kN)
- R s : cường độ chịu kéo của cốt thép (MPa)
Phần tử chịu nén: Đặt thép cấu tạo và kiểm tra khả năng chịu nén:
- Ab: diện tích tiết diện bê tông (mm 2 )
- A sc : diện tích thép chịu nén (mm 2 )
- Rb: cường độ chịu nén của bê tông (MPa)
- Rsc: cường độ chịu nén của cốt thép (MPa)
- c = 0.7 hệ số giảm đồ bền khi nén đối với vách bê tông
Tính toán cụ thể phần tử 1:
Phần tử 1 chịu nén nên ta đặt thép cấu tạo và kiểm tra lại khả năng chịu nén của phần tử
Sinh viờn chọn thộp dọc cho phần tử 1: 32ỉa20 (A s 10053.1 mm 2 )
Kiểm tra hàm lượng cốt thép của phần tử: 1% 3100 300 0.108% 4%
Kiểm tra khả năng chịu nén của phần tử:
Sinh viên nhận thấy tất cả các phần tử đều chịu nén dựa trên kết quả kiểm tra số liệu tính toán Do đó, các sinh viên sẽ thiết kế hệ thống thép phù hợp theo cấu tạo và thực hiện kiểm tra lại khả năng chịu nén của từng phần tử để đảm bảo kết cấu vững chắc và an toàn.
Bảng 5.19 – Kết quả sơ bộ cốt thép
Story Pier Phần tử b h Ab max Nmax Check As Bố trí As chọn [N] Check Bố trí cốt đai
(mm) (mm) (m2) Mpa KN (mm2) n Bố trí (mm2) (%) KN a Bố trí
HAM 1 W-04 1 3100 300 0.93 7.307 6795.65 Nén 3177.99 32 20 10053.10 1.08 11885.58 OK 100 10 10a100 HAM 1 W-04 2 300 400 0.12 6.703 804.30 Nén 376.08 5 20 1570.80 1.31 1592.05 OK 100 10 10a100 HAM 1 W-04 3 300 400 0.12 6.620 794.35 Nén 371.42 5 20 1570.80 1.31 1592.05 OK 100 10 10a100 HAM 1 W-04 4 300 2100 0.63 7.086 4464.23 Nén 2087.61 30 20 9424.78 1.50 8609.81 OK 100 10 10a100 HAM 1 W-04 5 3100 300 0.93 6.205 5770.29 Nén 2697.80 32 20 10053.10 1.08 11885.58 OK 100 10 10a100 HAM 1 W-04 6 300 400 0.12 6.676 801.09 Nén 374.58 5 20 1570.80 1.31 1592.05 OK 100 10 10a100 HAM 1 W-04 7 300 1000 0.3 6.836 2050.91 Nén 959.02 14 20 4398.23 1.47 4080.75 OK 100 10 10a100 HAM 1 W-04 8 300 400 0.12 8.188 982.54 Nén 459.56 5 20 1570.80 1.31 1592.05 OK 100 10 10a100 HAM 1 W-04 9 300 4400 1.32 6.722 8872.43 Nén 4148.68 52 20 16336.28 1.24 17311.29 OK 100 10 10a100 HAM 1 W-04 10 2700 300 0.81 8.290 6714.94 Nén 3140.79 28 20 8796.46 1.09 10360.61 OK 100 10 10a100
5.8.4 Kiểm tra vách lõi thang W-04 bằng PROKON v3
Hình 5.18 – Mặt cắt ngang bố trí thép vách lõi thang W-04
Bước 1: Khai báo tiết diện và vật liệu trong Prokon 106
- Sau khi triển khai mặt cắt thép vách W-04 bằng Autocad, dùng LISP (lệnh APPLOAD) kết hợp lệnh COOR để lấy tọa độ các điểm Point để đưa vào Prokon
- Sử dụng tiêu chuẩn Eurocode 2 – 2004 trong Prokon để kiểm tra tính toán
- Hệ số từ biến bê tông lấy bằng 1.4
- Độ mảnh của cấu kiện là = 1
Hình 5.19 – Khai báo thông số đầu vào cho vách W-04
- Sau khi khai báo tiết diện ta được cấu kiện vách P-07 trong Prokon:
Hình 5.20 – Mặt cắt ngang bố trí thép vách W-04 (PROKON)
Bước 2: Nhập tải trọng tính toán được xuất từ Etabs vào Prokon
Các tổ hợp kiểm tra cho vách P-07:
Story Pier No Combo Bottom Top Top Bottom Bottom kN kNm kNm kNm kNm
HAM 1 W-04 9 COMB8TT 32009.98 -2719.64 -3258.83 -2347.89 -992.88 HAM 1 W-04 10 COMB9TT 33144.60 -10978.53 366.79 -9576.36 -124.58
Bảng 5.20 – Bảng số liệu tải trọng W-04
Hình 5.21 – Nhập tải trọng vào PROKON
Hình 5.22 – Biểu đồ tương tác lõi thang (2D – Phương X )
Hình 5.23 – Biểu đồ tương tác lõi thang (3D)
Hình 5.24 – Kết quả kiểm tra bằng phần mềm PROKON
Kết luận từ kết quả phân tích sử dụng phần mềm PROKON cho thấy cấu kiện có hệ số an toàn (safety factor) đạt 4.02, vượt qua ngưỡng an toàn cần thiết là trên 1.0 Điều này đảm bảo tính an toàn của kết cấu trong các điều kiện làm việc, phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật đề ra Cấu kiện này được đánh giá là an toàn với hệ số an toàn cao, cụ thể là hệ số an toàn 4.02, đồng thời phù hợp với giới hạn kiểm tra theo mã tiêu chuẩn LC10 Trong các tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất, tổ hợp COMB9TT được xác định là tổ hợp nguy hiểm nhất cần chú ý, đảm bảo mọi yếu tố đều phù hợp để duy trì tính bền vững của công trình.
Từ đó có thể rút ra kết luận rằng cấu kiện vách lõi thang đủ khả năng chịu lực.