(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương(Đồ án tốt nghiệp) Chung cư An Dương Vương
GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH
Nhu cầu của việc xây dựng công trình
Dưới sự phát triển của nền kinh tế quốc gia, dân số tăng nhanh khiến quỹ đất dành cho xây dựng giảm, đẩy giá đất không ngừng tăng cao Công nghệ xây dựng đã có nhiều bước tiến vượt bậc với những sáng chế như thang máy, cùng sự phổ biến của cơ giới hóa và điện khí hóa trong xây dựng Nhu cầu về nhà ở của người dân ngày càng cao, chuyển từ yêu cầu "ăn no, mặc ấm" sang “ăn ngon, mặc đẹp”, phản ánh sự nâng cao tiêu chuẩn sống của xã hội.
Trong xu thế hội nhập kinh tế quốc tế, thành phố Lào Cai cần chỉnh trang bộ mặt đô thị bằng cách thay thế dần các khu dân cư ổ chuột và các chung cư cũ đã xuống cấp bằng các chung cư mới, tiện nghi hơn, phù hợp với quy hoạch phát triển đô thị của thành phố Việc này là yêu cầu thiết thực nhằm nâng cao chất lượng sống cho cư dân và thúc đẩy phát triển bền vững của địa phương.
Chung cư An Dương Vương ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu nhà ở của người dân, góp phần vào sự phát triển chung của thành phố Dự án này không chỉ mang lại không gian sống tiện nghi, hiện đại mà còn thúc đẩy sự phát triển đô thị bền vững Với vị trí chiến lược, chung cư An Dương Vương góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của cư dân và thúc đẩy kinh tế địa phương phát triển mạnh mẽ.
Giới thiệu công trình
Tên công trình: Khu căn hộ An Dương Vương
Công trình nằm ở TP Lào Cai
Quy mô và đặc điểm công trình:
Theo phụ lục 1 – Thông tư số 10/2013/TT-BXD ngày 25/07/2013 của Bộ Xây dựng: Công trình xây dựng cấp 1
Công trình gồm các nhà văn phòng và căn hộ 23 tầng cao 58.9m chưa kể tầng hầm
Tầng hầm 1 của tòa nhà là khu vực giữ xe dành cho cư dân căn hộ và dân cư khu vực lân cận, bao gồm các bãi giữ xe ô tô và xe máy Ngoài ra, tầng hầm còn chứa các thiết bị phục vụ công tác chiếu sáng dự phòng như máy phát điện và kho lưu trữ thiết bị, đảm bảo an toàn và vận hành liên tục của toàn bộ dự án.
Tầng trệt: cao 5m, nhằm phục vụ việc kinh doanh dịch vụ, cửa hàng buôn bán như trung tâm mua sắm
Tầng 2 - 14: khu căn hộ với chiều cao mỗi tầng là 3.6m, bao gồm 8 căn hộ đáp ứng nhu cầu nhà ở của người dân
Tầng thượng: Khu vực trống với 2 bể nước mái cung cấp nước cho căn hộ và nước chữa cháy cho toàn bộ chung cư
2 Một số hình ảnh của công trình:
Mặt bằng các tầng căn hộ (tầng điển hình)
3 Giải pháp kiến trúc của công trình:
Tầng hầm nằm ở cốt cao độ -1.500m, được thiết kế chủ yếu để phục vụ việc thuê căn hộ, trong đó phần lớn diện tích dành cho gara xe và lưu thông Hệ thống cầu thang bộ và thang máy được bố trí ngay lối vào tầng hầm, giúp người sử dụng dễ dàng tiếp cận và di chuyển, đồng thời hệ thống PCCC cũng được bố trí rõ ràng và dễ nhận biết Các hộp gain được sắp xếp hợp lý nhằm tạo không gian thoáng đãng, tối ưu hóa khả năng thông thoáng của tầng hầm.
Công trình có mặt bằng hình chữ nhật với tỷ lệ hai cạnh L/B nhỏ hơn 2, giúp tối ưu về mặt kiến trúc và công năng Khối xây vuông vắn từ mặt đất đến đỉnh công trình đảm bảo khả năng chống đỡ các tải trọng ngang như động đất và gió bão hiệu quả Thiết kế hình dạng đều đặn từ đáy đến đỉnh tạo nên vẻ hài hòa, cân đối cho toàn bộ công trình, nâng cao tính thẩm mỹ và bền vững.
Công trình có hình khối kiến trúc hiện đại phù hợp với kiến trúc cảnh quan đô thị của thành phố Với các nét ngang và thẳng đứng, công trình mang lại vẻ bề thế vững vàng, thể hiện sự bề thế và uy nghi Việc sử dụng các vật liệu mới như kính dày màu xanh kết hợp với màu sơn ngoại thất tạo nên vẻ đẹp sang trọng, hiện đại cho công trình Tổng thể, thiết kế kiến trúc này hòa quyện giữa tính thẩm mỹ và sự phù hợp với môi trường đô thị hiện đại.
Giải pháp mặt bằng đơn giản giúp tối ưu hóa không gian, tạo ra các khu vực rộng rãi để bố trí căn hộ bên trong Điều này không chỉ mang lại cảm giác thoải mái cho cư dân khi sử dụng mà còn đảm bảo an toàn cho toàn bộ cư dân chung cư.
3.3 Giải pháp giao thông công trình:
− Giao thông theo phương ngang thông giữa các phòng là hành lang giữa
− Giao thông theo phương đứng thông giữa các tầng là cầu thang bộ và thang máy
Hành lang tại các tầng liên kết với cầu thang giúp tạo ra nút giao thông thuận tiện và thoáng đãng, đảm bảo an toàn cho người đi lại Điều này không những nâng cao trải nghiệm sử dụng không gian mà còn đảm bảo khả năng thoát hiểm hiệu quả trong các tình huống khẩn cấp như cháy nổ.
3.4 Giải pháp kết cấu kiến trúc:
− Hệ kết cấu của công trình là hệ kết cấu BTCT toàn khối
− Mái phẳng bằng bê tông cốt thép và được chống thấm
− Cầu thang bằng bê tông cốt thép toàn khối
− Bể chứa nước bằng bê tông cốt thép và bể nước bằng inox được đặt trên tầng mái
Bể dùng để trữ nước, từ đó cấp nước cho việc sử dụng của toàn bộ các tầng và việc cứu hỏa
− Tường bao che dày 200mm, tường ngăn dày 100mm Phương án móng dùng phương án móng cọc khoan nhồi
4 Các giải pháp kỹ thuật khác:
Công trình sử dụng nguồn điện chính do tỉnh cấp, đảm bảo cung cấp điện liên tục 24/24 giờ Ngoài ra, dự phòng cho sự cố mất điện, một máy phát điện đặt tại tầng kỹ thuật được tích hợp để duy trì hoạt động của công trình Toàn bộ hệ thống điện được lắp đặt ngầm trong quá trình xây dựng, đảm bảo thẩm mỹ và an toàn Hệ thống cấp điện chính được bố trí trong hộp kỹ thuật, lồng trong gen điện nhằm bảo vệ và dễ dàng bảo trì Mạng lưới điện trong công trình được thiết kế theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt, đảm bảo hiệu quả và an toàn hoạt động lâu dài.
Đảm bảo an toàn bằng cách không đi qua các khu vực ẩm ướt như nhà vệ sinh, hạn chế rủi ro chập cháy điện Hệ thống điện an toàn được lắp đặt trên mỗi tầng với hệ thống ngắt điện tự động từ 1A đến 80A, phân theo khu vực để đảm bảo phòng chống cháy nổ hiệu quả Việc này giúp dễ dàng sửa chữa khi có sự cố và kiểm soát, cắt điện nhanh chóng nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Dễ thi công: Mỗi khu vực thuê được cung cấp 1 bảng phân phối điện Đèn thoát hiểm và chiếu sáng
Hệ thống cấp nước của công trình lấy nguồn từ hệ thống cung cấp nước TP HCM, qua bể chứa ngầm và bơm lên bể nước mái để đảm bảo cung cấp nước liên tục Việc phân phối nước đến các tầng được thực hiện qua các đường ống dẫn chính, giúp đảm bảo nguồn nước ổn định cho sinh hoạt và công tác phòng cháy chữa cháy Hệ thống bơm nước tự động hoàn toàn, đảm bảo luôn duy trì mức nước cần thiết trong bể mái để phục vụ mọi hoạt động của công trình.
Các đường ống dẫn nước qua các tầng luôn được bảo vệ bằng hộp gen nước nhằm đảm bảo an toàn và dễ dàng bảo trì Hệ thống cấp nước ngầm được bố trí trong các hộp kỹ thuật an toàn, giúp tối ưu hóa không gian và đảm bảo hoạt động hiệu quả Đặc biệt, các đường ống cứu hỏa chính được lắp đặt ưu tiên ở mỗi tầng, dọc theo khu vực giao thông trọng điểm và trên trần nhà, đảm bảo khả năng phản ứng nhanh trong các tình huống khẩn cấp.
Nước mưa trên mái nhà sẽ thoát qua các lỗ thu nước và chảy vào các ống thoát nước mưa có đường kính d0 mm, dẫn xuống dưới hệ thống thoát nước Hệ thống thoát nước thải được bố trí riêng biệt để đảm bảo an toàn và hiệu quả Nước thải từ các phòng vệ sinh được dẫn qua hệ thống ống riêng vào bể xử lý nước thải trước khi được đưa vào hệ thống thoát nước chung, đảm bảo vệ sinh môi trường.
Các tầng trong công trình đều được thiết kế với cửa sổ thoáng tự nhiên, giúp lưu thông không khí hiệu quả Bên cạnh đó, hệ thống các khoảng trống thông tầng tối đa hóa khả năng thông thoáng, tạo không gian mát mẻ, dễ chịu Hệ thống điều hòa được lắp đặt cho tất cả các tầng để duy trì nhiệt độ lý tưởng Họng thông gió dọc theo cầu thang bộ, sảnh thang máy và khu vệ sinh được thiết kế nhằm đảm bảo luồng không khí trong lành, thoáng đãng Quạt hút được sử dụng để thoát hơi và ống dẫn khí được dẫn lên mái, giúp kiểm soát mùi và độ ẩm, nâng cao chất lượng không khí trong toàn bộ tòa nhà.
Các tầng trong công trình đều được chiếu sáng tự nhiên tối đa nhờ vào các cửa kính bên ngoài và hệ thống giếng trời thông minh Hệ thống ánh sáng nhân tạo cũng được lắp đặt phù hợp, đảm bảo cung cấp đủ sáng ở những khu vực cần thiết, nâng cao tiện nghi và tiết kiệm năng lượng cho không gian sống và làm việc.
4.6 Hệ thống PCCC: Được trang bị hệ thống chống sét theo đúng các yêu cầu và tiêu chuẩn về chống sét nhà cao tầng (Thiết kế theo TCVN 46 –84) Công trình còn có hệ thống báo cháy tự động và bình chữa cháy bố trí ở khắp các tầng, khoảng cách xa nhất từ các phòng có người ở đến lối thoát gần nhất nằm trong quy định,…
Rác thải được tập trung tại các tầng thông qua kho thoát rác riêng biệt, giúp việc xử lý và quản lý dễ dàng hơn Các gian rác được bố trí kín đáo tại tầng hầm, đảm bảo vệ sinh và tránh mùi gây ô nhiễm môi trường Hệ thống còn có bộ phận chuyên dụng để đưa rác ra ngoài, góp phần duy trì môi trường sạch sẽ và an toàn cho cư dân.
PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
Tổng quan
Để đảm bảo kết cấu vững chắc cho công trình, giải pháp sàn sườn bê tông toàn khối được chọn là phù hợp nhất, đặc biệt phù hợp với chiều cao tầng thấp Sử dụng hệ kết cấu khung kết hợp với vách giúp tăng cường khả năng chịu lực và đảm bảo tính ổn định của toàn bộ công trình Ngoài ra, lựa chọn sàn phẳng là giải pháp tối ưu để tối ưu hóa không gian sử dụng và thi công, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và thẩm mỹ của dự án.
* Các tiêu chuẩn thiết kế:
[1] TCVN 2737 : 1995 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế
[2] TCXD 229 : 1999 Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737 : 1995
[3] TCVN 9386 : 2012 Thiết kế công trình chịu động đất
[4] TCVN 5574 : 2012 Kết cấu Bê Tông và Bê Tông Cốt Thép - Tiêu chuẩn thiết kế
[5] TCXD 198 : 1997 Nhà cao tầng - Thiết kế kết cấu Bê Tông Cốt Thép toàn khối
[6] TCVN 9362 : 2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
[7] TCVN 10304 : 2014 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế
[8] TCVN 5575-2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế
Lựa chọn giải pháp kết cấu
1 Hê kết cấu chịu lực chính:
Căn cứ vào sơ đồ làm việc thì kết cấu nhà cao tầng có thể phân loại như sau:
- Các hệ kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng và kết cấu ống
- Các hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung-giằng, kết cấu khung-vách, kết cấu ống lõi và kết cấu ống tổ hợp
Các hệ kết cấu đặc biệt bao gồm các loại như hệ kết cấu có tầng cứng giúp tăng cường khả năng chịu lực và ổn định của công trình, hệ kết cấu có dầm truyền nhằm tối ưu hóa khả năng chịu tải và phân phối lực, hệ giằng liên tầng giúp chống rung lắc và tăng cường độ cứng của toàn bộ kết cấu, cùng với hệ khung ghép, góp phần mở rộng khả năng linh hoạt trong thiết kế và thi công các công trình xây dựng.
Mỗi loại kết cấu trên đều có những ưu nhược điểm riêng tùy thuộc vào nhu cầu và khả năng thi công thực tế của từng công trình
Kết cấu tường chịu lực, hay còn gọi là vách cứng, là hệ thống tường đảm nhận both chức năng chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang, phù hợp cho các chung cư cao tầng Theo nhiều tài liệu nước ngoài, hệ kết cấu này mang lại lợi ích vượt trội với khả năng chịu lực tốt và giảm thiểu việc sử dụng hệ thống dầm sàn, giúp tối ưu hóa không gian và chi phí thi công.
Để tối ưu hóa hiệu quả, cần kết hợp phương án xây dựng phù hợp nhằm không bị hệ thống dầm cản trở, giúp giảm chiều cao của ngôi nhà Hệ kết cấu tường chịu lực kết hợp với hệ sàn tạo thành hệ hộp nhiều ngăn, có độ cứng không gian cao, tính liền khối vượt trội và khả năng chịu lực lớn Đặc biệt, hệ cấu trúc này có khả năng chịu tải trọng ngang hiệu quả, giúp tăng độ bền và ổn định cho công trình.
Kết cấu vách cứng có khả năng chịu động đất tốt nhờ khả năng chống lại va đập và truyền lực hiệu quả Các nghiên cứu về thiệt hại trong các trận động đất như năm 1971 ở California, 1972 ở Nicaragua, và 1977 ở Rumani cho thấy công trình sử dụng kết cấu vách cứng chỉ gặp thiệt hại nhẹ, trong khi các công trình có kết cấu khung thường bị hư hỏng nặng hoặc sụp đổ hoàn toàn Do đó, kết cấu vách cứng luôn là giải pháp tối ưu được lựa chọn để đảm bảo an toàn và độ bền của công trình chịu tác động của động đất.
Hệ khung vững chắc của công trình được hình thành nhờ kết hợp giữa dầm và sàn, giúp nâng đỡ các phần không chịu lực và đảm bảo tính ổn định của toàn bộ cấu trúc Các thành phần này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo không gian bên trong phù hợp với nhu cầu sử dụng của công trình.
Hệ khung cứng đóng vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận tải trọng từ sàn và dầm truyền xuống móng, đảm bảo kết cấu vững chắc và ổn định của công trình Nó còn phân phối hiệu quả các tải trọng ngang tác dụng lên công trình như lực tác động từ gió, động đất, giúp truyền đều xuống nền đất Do đó, hệ khung cứng đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo an toàn và khả năng chịu lực của toàn bộ kết cấu công trình.
Hệ kết cấu khung – vách và khung – lõi là lựa chọn ưu việt trong thiết kế nhà cao tầng nhờ khả năng chịu lực ngang tốt, giúp tăng độ bền và ổn định của công trình Tuy nhiên, hệ kết cấu này đòi hỏi tiêu tốn nhiều vật liệu hơn và quá trình thi công phức tạp hơn so với các hệ kết cấu khác, đòi hỏi kỹ thuật xây dựng cao và quản lý dự án chặt chẽ.
- Trong công trình hệ sàn có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc không gian của kết cấu
Việc lựa chọn phương án sàn phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo kết cấu công trình vững chắc và an toàn Để đạt được điều này, cần thực hiện phân tích kỹ lưỡng nhằm xác định giải pháp sàn tối ưu, phù hợp với đặc điểm kỹ thuật và yêu cầu của công trình Chọn đúng phương án sàn không chỉ nâng cao khả năng chịu lực mà còn tối ưu hóa chi phí thi công, mang lại hiệu quả dài hạn cho dự án.
- Giải pháp kết cấu chính của công trình được lựa chọn là cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn:
Ưu điểm của phương pháp này là tính toán đơn giản, dễ dàng áp dụng trong xây dựng Nó được sử dụng phổ biến tại Việt Nam nhờ vào đa dạng công nghệ thi công phong phú, giúp thuận tiện trong việc lựa chọn giải pháp thi công phù hợp với từng dự án.
Nhược điểm chính của giải pháp này là chiều cao dầm và độ võng của bản sàn khá lớn khi vượt khẩu độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng của công trình tăng lên và không tối ưu hóa không gian sử dụng Tuy nhiên, với bước cột 7.5m và chiều cao tầng là 3.6m, chiều cao dầm không chiếm nhiều không gian, giảm thiểu ảnh hưởng đến tổng thể công trình sau khi hoàn thiện.
3 Nguyên tắc tính toán kết cấu:
Trong quá trình thiết kế, cần tạo sơ đồ kết cấu, xác định kích thước tiết diện và bố trí cốt thép phù hợp để đảm bảo độ bền, độ ổn định và độ cứng không gian của công trình Việc này giúp đảm bảo khả năng chịu lực hiệu quả của toàn bộ hệ thống cũng như từng bộ phận riêng lẻ, từ đó nâng cao tính an toàn và tuổi thọ của công trình xây dựng.
8 bộ phận kết cấu Việc đảm bảo đủ khả năng chịu lực phải trong cả giai đoạn xây dựng và sử dụng
Khi tính toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép cần phải thỏa mãn những yêu cầu về tính toán theo hai nhóm trạng thái giới hạn
3.1 Nhóm trạng thái giới hạn thứ 1:
Nhằm đảm bảo khả năng chịu lực của kết cấu, cụ thể bảo đảm cho kết cấu:
- Không bị phá hoại do tác dụng của tải trọng và tác động
- Không bị mất ổn định về hình dáng và vị trí
- Không bị phá hoại khi kết cấu bị mỏi
- Không bị phá hoại do tác động đồng thời của các nhân tố về lực và những ảnh hưởng bất lợi của môi trường
3.2 Nhóm trạng thái giới hạn thứ 2:
Nhằm đảm bảo sự làm việc bình thường của kết cấu, cụ thể cần hạn chế:
- Khe nứt không mở rộng quá giới hạn cho phép hoặc không xuất hiện khe nứt
- Không có những biến dạng quá giới hạn cho phép như độ võng, góc xoay, góc trượt, dao động
4 Phương pháp xác định nội lực:
Nội lực được xác định bằng phương pháp tính tay thủ công, tuy nhiên phương pháp này thường mất nhiều thời gian, phức tạp và dễ gây sai sót còn độ chính xác chưa cao Các sơ đồ tính phổ biến như ngàm hay khớp lý tưởng thường chỉ là giả thiết, không phản ánh đúng điều kiện thực tế do điều kiện biên không lý tưởng Trong một số trường hợp, việc quy đổi tải trọng chỉ mang tính gần đúng, và các công thức giải chỉ đúng khi vật liệu vẫn còn trong miền đàn hồi, đảm bảo độ tin cậy của kết quả tính toán.
- Do đó chọn phương pháp kết hợp giải nội lực theo phương pháp tính tay và phần mềm (giải theo phương pháp phần tử hữu hạn FEM)
Kết quả phần mềm đánh giá độ tin cậy của kết cấu dựa trên tiêu chí biến dạng phù hợp với đường tác dụng của tải trọng và độ lớn biến dạng phù hợp với vị trí đặc lực Nội lực được giải ra từ phần mềm phản ánh ảnh hưởng liên kết giữa các cấu kiện, giúp có cái nhìn toàn diện hơn so với tính toán tay Trong trường hợp nội lực giải ra khác đáng kể so với tính tay, các chuyên gia sẽ có các đánh giá và lý giải hợp lý để điều chỉnh và tối ưu kết cấu Điều này đảm bảo kết quả phân tích chính xác, tin cậy và phù hợp với điều kiện thực tế của công trình.
- Trong phạm vi đồ án này, sinh viên sử dụng các phần mềm sau để phân tích nội lực của mô hình:
+ Phần mềm ETABS v9.7.4: phần mềm phần tử hữu hạn phân tích sự làm việc của toàn bộ công trình, và một số cấu kiện tổng quát
+ Phần mềm SAFE V12.3: phần mềm phần tử hữu hạn chuyên phân tích cấu kiện dạng tấm (bản sàn, móng,…)
Trong quá trình xây dựng mô hình tính toán, việc liên kết giữa các phần mềm và các phiên bản hỗ trợ gặp phải một số khó khăn, gây ảnh hưởng đến quá trình mô hình hóa và phân tích dữ liệu Do đó, có thể sẽ phải sử dụng các phiên bản phần mềm khác nhau cho từng bộ phận, nhằm đảm bảo tính linh hoạt và hiệu quả trong quá trình thực hiện dự án Điều này đòi hỏi sự quản lý chặt chẽ để đảm bảo sự tương thích và đồng bộ xuyên suốt toàn bộ hệ thống mô hình.
STT Ký hiệu sàn Chức năng
Lựa chọn phương án
Bê tông sử dụng trong công trình là loại bê tông có cấp độ bền B30 với các thông số tính toán như sau:
+ Cường độ tính toán chịu nén: Rb = 17 MPa
+ Cường độ tính toán chịu kéo: Rbt = 1.2 MPa
+ Mô đun đàn hồi: Eb = 32500 MPa
Cốt thộp loại AI (đối với cốt thộp cú ỉ ≤ 10):
+ Cường độ tính toán chịu nén: Rsc = 225 MPa
+ Cường độ tính toán chịu kéo: Rs = 225 MPa
+ Cường độ tính toán cốt ngang: Rsw = 175 MPa
+ Mô đun đàn hồi: Es = 210000 MPa
Cốt thộp loại AIII (đối với cốt thộp cú ỉ > 10):
+ Cường độ tính toán chịu nén: Rsc = 365 MPa
+ Cường độ tính toán chịu kéo: Rs = 365 MPa
+ Cường độ tính toán cốt ngang: Rsw = 290 MPa
+ Mô đun đàn hồi: Es = 200000 MPa
2 Sơ bộ kích thước kết cấu:
− Chiều dày sàn sơ bộ:
Tỷ lệ 2 cạnh của ô sàn có các cạnh lớn nhất là L2/L1 = 8.5/7.5 = 1.13 < 2, ô sàn bản kê 4 cạnh, làm việc 2 phương
Chiều dày sàn được chọn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng, có thể sơ bộ xác định chiều dày theo công thức sau:
Trong đó: L1 - là cạnh ngắn của ô bản
D = 0,8 1,4 phụ thuộc vào tải trọng m = 30 35 với bản đơn m = 40 45 với bản kê bốn cạnh
Trong quá trình thiết kế, khi các nhịp của các bản không chênh lệch lớn, chúng ta chọn chiều dài nhịp lớn nhất là Ln = 8,5 m cho các ô còn lại để đảm bảo thuận tiện trong thi công và tính toán Việc này giúp đồng bộ hóa các công đoạn xây dựng, giảm thiểu các khó khăn kỹ thuật và tối ưu hóa quá trình thi công Chọn chiều dài nhịp phù hợp góp phần nâng cao hiệu quả thi công, giảm thiểu thời gian và chi phí xây dựng tổng thể.
− Sơ bộ tiết diện dầm khung:
Kích thước tiết diện dầm được xác định sơ bộ dựa trên nhịp dầm để đảm bảo thông thủy cần thiết trong chiều cao tầng Đồng thời, việc lựa chọn kích thước này còn phải đảm bảo khả năng chịu lực phù hợp, tăng độ bền và ổn định của kết cấu Quy trình thiết kế dầm cần kết hợp yếu tố kỹ thuật và yêu cầu chịu lực để tối ưu hiệu quả sử dụng và an toàn công trình.
Chọn kích thước dầm chính là 400x600mm
Chọn kích thước dầm phụ là 400x600mm
+ Các dầm biên ta chọn tiết diện 300x700mm
+ Các dầm dọc trục 4, 5 chọn tiết diện 300x600mm
− Sơ bộ tiết diện cột:
Diện tích tiết diện cột (có kể đến thép chịu nén để giảm tiết diện cột) được xác định sơ bộ như sau: c b b sc
Trong đó : N = ∑ ni.qi.Si
Với : ni - số tầng qi - lấy theo thống kê sơ bộ từ 1.2 - 1.5 T/m 2 (11.8 – 14.7 kN/m 2 ) tải trọng phân bố trên 1m 2 sàn thứ i (tĩnh tải + hoạt tải)
Si - diện tích truyền tải xuống tầng thứ i k = 1÷1.5 - hệ số kể đến tải trọng ngang gây momen gia tăng ứng suất nén trong cột
Rb = 17 (MPa) - cường độ chịu nén tính toán của bê tông B30
Rsc = 290 (MPa) - cường độ chịu nén tính toán của thép AIII
12 μ = (1÷4)% - hàm lượng cốt thép trong cột khi xét động đất theo TCXDVN
Theo tiêu chuẩn 9386:2012, để đảm bảo yêu cầu về kiến trúc và hạn chế kích thước cột, sinh viên giả thiết hàm lượng thép là 2%, giúp thép tham gia chịu nén cùng với bê tông nhằm giảm kích thước cột một cách hiệu quả.
Sơ bộ kích thước các cột 1-C, 3-A, 3-E, 4-A, 4-E, 5-A, 5-E, 6-A, 6-E, 8-C
Diện tích truyền tải q N Hàm lượng thộp à k
A tt bxh A chọn m 2 kN/m 2 k/N cm 2 cm cm 2
Sơ bộ kích thước các cột 2-B, 2-D, 7-B, 7-D
Diện tích truyền tải q N Hàm lượng thộp à k Att bxh A chọn m 2 kN/m 2 k/N cm 2 cm cm 2
Sơ bộ kích thước các cột trục 2C, 3B, 3C, 3D, 4B, 4D, 5B, 5D, 6B, 6C, 6D, 7C
Diện tích truyền tải q N Hàm lượng thộp à k Att bxh A chọn m 2 kN/m 2 k/N cm 2 cm cm 2
− Sơ bộ kích thước vách cứng và lõi thang:
+ 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 gây ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu tải của vách Đồng thời, cần thực hiện các biện pháp cấu tạo tăng cường để đảm bảo tính ổn định và an toàn của vùng xung quanh các lỗ này, nhằm duy trì hiệu quả chịu lực của toàn bộ công trình.
+ Độ dày của thành vách (b) chọn không nhỏ hơn 150 mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều cao tầng
Chọn tiết diện vách cứng b = 300 (mm) cho vách lõi thang và biên
3 Tải trọng tác dụng lên sàn:
- Tải trọng thẳng đứng gồm tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) và tải trọng tạm thời (hoạt tải)
- Tĩnh tải tác dụng lên công trình gồm:
+ Trọng lượng bản thân công trình
+ Trọng lượng các lớp hoàn thiện, tường, kính, đường ống thiết bị…
Hoạt tải tiêu chuẩn tác dụng lên công trình được xác định theo công năng sử dụng của sàn ở các tầng (Theo TCVN 2737:1995 – Tải trọng và tác động)
Tải trọng thường xuyên bao gồm trọng lượng riêng của các bộ phận công trình, đảm bảo an toàn khi thiết kế và vận hành Trong khi đó, tải trọng tạm thời là loại tải có thể xuất hiện hoặc biến mất trong quá trình xây dựng, ảnh hưởng đến quá trình thi công và cấu trúc tạm thời của công trình.
- Tĩnh tải và hoạt tải được tính toán dựa trên TCVN 2737:1995 - Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
3.1 Tải trọng đứng tác dụng lên công trình:
Tĩnh tải do trọng lượng bản thân sàn:
Các lớp cấu tạo sàn
Tải trọng các lớp cấu tạo hoàn thiện sàn điển hình, hành lang
Vật liệu Trọng lượng riêng (kN/m 3 )
Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m 2 )
Tĩnh tải tính toán (kN/m 2 )
Bản thân kết cấu sàn 25 0.2 5.0 1.1 5.5
Tĩnh tải chưa tính TLBT sàn 1.38 1.726
Tải trọng các lớp hoàn thiện tác dụng lên nhà vệ sinh, ban công
Vật liệu Trọng lượng riêng (kN/m 3 )
Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m 2 )
Hệ số vượt tải Tĩnh tải tính toán (kN/m 2 )
Bản thân kết cấu sàn 25 0.2 5.0 1.1 5.5
Vữa lát nền, tạo dốc 20 0.05 1.0 1.3 1.3
Tĩnh tải chưa tính TLBT sàn 2.19 2.761
Tải trọng các lớp hoàn thiện tác dụng tầng mái
Vật liệu Trọng lượng riêng (kN/m 3 )
Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m 2 )
Tĩnh tải tính toán (kN/m 2 )
Bản thân kết cấu sàn 25 0.15 3.75 1.1 4.125
Vữa lát nền, tạo dốc 20 0.05 1.0 1.3 1.3
Tĩnh tải chưa tính TLBT sàn 2.13 2.7
Hoạt tải được sử dụng tùy theo công năng sử dụng của từng ô sàn, tra TCVN 2737-1995 Kết quả được thể hệ như sau:
Giá trị hoạt tải phòng
Loại phòng Hoạt tải tiêu chuẩn (kN/m 2 ) Hệ số vượt tải Hoạt tải tính toán
Phòng ngủ, phòng khách, phòng bếp, phòng vệ sinh 1.5 1.3 1.95
+ Tường ngăn giữa các khu vực khác nhau trên mặt bằng dày 100, 200mm
Tường ngăn xây bằng gạch rỗng có = 17.65 (kN/m 3 )
Công thức tính tải trọng tường dựa trên các yếu tố như chiều dày và chiều cao của tường, trong đó tải trọng tính toán của tường được xác định bằng công thức: \( g_{tt} = \gamma \times b_h \times t_t \), với chiều dày tường thường từ 0.1 đến 0.2 mét và chiều cao tường từ 3.6 đến 5 mét, thường lấy bằng chiều cao của tầng Hệ số vượt tải n cũng được sử dụng để điều chỉnh tải trọng tính toán của tường phù hợp với điều kiện thực tế và yêu cầu của dự án.
MÔ HÌNH TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Mô hình sàn
Mô hình bằng Safe 2016 16.0.1 sàn điển hình (tầng 4):
Mô hình của sàn tầng điển hình
Tĩnh tải sàn điển hình:
19 Hoạt tải LL1 (nhỏ hơn 2kN/m)
Hoạt tải LL2 (lớn hơn 2kN/m)
Tải tường tác dụng trên sàn
Tính toán cốt thép sàn
1 Lý thuyết tính toán sàn:
− Ta có moment (M) xác định theo ô sàn từ mô hình Safe m 2 b b 0
− Kiểm tra hàm lượng cốt thép s b b min max R
2 Tính toán thép lớp dưới ô sàn S1 theo phương X:
+ Moment lớn nhất trên ô sàn S1: M = 92.7 kNm
+ Moment tính trên 1m chiều dài: strip strip
Các giá trị còn lại tính toán tương tự: Ô bản
3.1 Kiểm tra độ võng đàn hồi của sàn:
24 Độ võng sàn tầng điển hình
− Chuyển vị lớn nhất trên sàn: f = 11.4(mm) = 1.14(cm)
− Chuyển vị cho phép tính theo phụ lục C bảng C.1 TCVN 5574-2012
Sàn thỏa điều kiện độ võng
3.2 Kiểm tra độ võng theo giới hạn II:
Dựa trên các điều khoản 7.4.3.4 và 7.4.4.1 của TCVN 5574 – 2012, chuyển vị toàn phần của kết cấu dầm – sàn tại các đoạn có vết nứt trong vùng chịu kéo được tính theo công thức: f = f1 – f2 + f3 Công thức này giúp xác định chính xác các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của kết cấu, đảm bảo tính an toàn và độ bền của công trình Việc áp dụng đúng các quy định trong tiêu chuẩn giúp nâng cao độ tin cậy trong thiết kế và thi công các công trình xây dựng.
+ f1 là chuyển vị do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng thường xuyên dùng để tính toán biến dạng theo chỉ dẫn ở 4.2.11 của TCVN 5574 – 2012 ;
+ f2 là chuyển vị do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn;
+ f3 = f2 là chuyển vị do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn
Theo Điều 7.4.2.3, bê tông sử dụng cho công trình là bê tông nặng, với độ ẩm trung bình hàng năm tại thành phố Nha Trang dao động trên 75% Hệ số ảnh hưởng từ biến dài hạn của bê tông đến biến dạng kết cấu được xác định là b2 = 0.8 và hệ số b1 = 0.8, với hệ số tổng cộng là 1.6, phản ánh tác động của môi trường (độ ẩm cao) đến hiệu suất cấu trúc trong quá trình khai thác.
− Xác định hệ số hoạt tải dài hạn và hoạt tải ngắn hạn so với hoạt tải tiêu chuẩn toàn phần theo quan điểm như sau :
Hoạt tải ảnh hưởng đến các ô sàn với công năng khác nhau, khiến giá trị của hoạt tải thay đổi phù hợp với từng mục đích sử dụng Chuyển vị của các ô sàn phụ thuộc chủ yếu vào mức độ hoạt tải tác dụng và nhịp cấu kiện, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và ổn định của kết cấu Việc tính toán chính xác hoạt tải và chuyển vị giúp đảm bảo an toàn và tối ưu hóa hiệu suất của công trình xây dựng.
Để đảm bảo an toàn và thuận tiện trong việc tính toán hệ số hoạt tải dài hạn và ngắn hạn, việc tính toán độ võng sẽ thực hiện đồng đều cho tất cả các ô sàn, đặc biệt là các ô sàn chính như phòng khách Việc này giúp tối ưu hóa tính toán và đảm bảo cấu trúc nhà ở có độ bền vững cao Chính vì vậy, việc áp dụng phương pháp này là cần thiết để đảm bảo chất lượng và an toàn xây dựng.
− Xác định hệ số hoạt tải dài hạn và hoạt tải ngắn hạn tầng điển hình :
+ Hoạt tải tiêu chuẩn toàn phần trong ô S7 (phòng kỹ thuật), S8 (hành lang) là
300 kG/m 2 ; hoạt tải dài hạn 100 kG/m 2 , suy ra hệ số Kdh = 0.33, Knh = 0.67;
+ Hoạt tải tiêu chuẩn toàn phần ô phòng khách là 150 kG/m 2 ; hoạt tải dài hạn 130 kG/m 2 , suy ra hệ số Kdh = 0.87, Knh = 0.13;
Hệ số vượt tải Nội dung tính toán kiểm tra f1
DL 1.0 x 1.0 - Chuyển vị do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng thường xuyên (DL, SDL)
- Tạm thời dàn hạn và ngắn hạn (LL)
DL 1.0 x 1.0 - Chuyển vị do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên (DL, SDL)
- Tải trọng tạm thời dài hạn (LL)
DL 1.0 x 1.0 x 1.6 - Chuyển vị do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên (DL, SDL)
- Tải trọng tạm thời dài hạn kể đến từ biến của bê tông (LL)
(Chuyển vị thẳng đứng dầm sàn)
Chuyển vị do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng thường xuyên, tạm thời dài hạn và ngắn hạn (f1)
Chuyển vị do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn (f2)
Chuyển vị do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn kể đến từ biến của bê tông (f3)
− Chuyển vị lớn nhất ở vị trí biên sàn điển hình:
− Chuyển vị tổng thẳng đứng của dầm sàn là: f = f1 - f2 + f3 = 1.001-0.986+1.575 = 1.59(cm)
− Chuyển vị cho phép theo phụ lục C bảng C.1 TCVN 5574-2012:
Sàn thỏa điều kiện độ võng
4 Tính toán kiểm tra khe nứt theo tiêu chuẩn:
4.1 Kiểm tra khả năng xảy ra nứt:
− Giá trị moment lớn nhất trên sàn là tại ô S2 (phòng ngủ có hs = 180mm)
− Moment chống nứt của tiết diện đang xét:
Trong đó, moment kháng uốn của tiết diện đối với thớ chịu kéo ngoài cùng có xét đến biến dạng không đàn hồi của bê tông vùng chịu kéo:
' bo so ' so pl bo
− Tỷ số mô đun đàn hồi thép/bê tông: s b
− Diện tích cốt thép bố trí trong vùng chịu kéo: c
− Diện tích tiết diện ngang quy đổi khi coi vật liệu đàn hồi:
− Chiều cao tương đối của vùng chịu nén:
− Momen quán tính đối với trục trung hòa của tiết diện vùng bê tông chịu nén:
− Momen tĩnh đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê tông chịu kéo:
− Momen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt thép chịu kéo:
M = R W = 1.8×9968385.76 = 17.94(kN.m) (với Rbt.ser = 1.8 – bảng 12 mục 5.1.2.3 TCVN 5574-2012)
Kết luận: M = 17.94(kNm)cr M c 31.127 kNm Vậy bê tông tại vùng chịu kéo của tiết diện có khe nứt hình thành
Theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012, sàn có cấp chống nứt cấp 3, phù hợp với quy định về khả năng chịu lực và độ co giãn Bề rộng khe nứt giới hạn của sàn được quy định là 0,3 mm, đảm bảo an toàn và độ bền công trình Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này giúp hạn chế sự hình thành và mở rộng của các vết nứt trên bề mặt sàn, nâng cao chất lượng công trình xây dựng.
- Sàn được tính theo cấu kiện chịu uốn Vết nứt được tính theo sự hình thành vết nứt thẳng góc với trục dọc cấu kiện
- Theo TCVN 5574-2012 bề rộng khe nứt được xác định theo công thức: s 3 cr 1 s a 20(3.5 100 )
: Hệ số lấy đối với:
+ Cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm: 1.0
Hệ số lợi dụng (φ1=1) được tính dựa trên tác dụng của tải trọng tạm thời ngắn hạn, tải trọng ngắn hạn thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn Hệ số η được xác định theo các quy định cụ thể, đảm bảo tính chính xác và an toàn trong thiết kế kết cấu Việc áp dụng đúng hệ số này giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực của cấu trúc, đảm bảo tính bền vững và ổn định lâu dài.
+ Với cốt thép thanh có gờ: 1.0
+ Với thanh thép tròn trơn: 1.3
+ Với cốt thép sợi có gờ hoặc cáp: 1.2
+ Với cốt thép trơn: 1.4 ϕ: đường kính cốt thép (mm)
s : Ứng suất trong các thanh cốt thép chịu kéo lớp ngoài cùng tính theo công thức s s
M: Momen tiêu chuẩn tác dụng lên thành hồ trong 1m chiều rộng
Diện tích cốt thép z là khoảng cách từ trọng tâm diện cốt thép S đến điểm đặt của hợp lực trong vùng chịu nén của tiết diện bê tông phía trên vết nứt Việc xác định chính xác vị trí này rất quan trọng trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép nhằm đảm bảo khả năng chịu lực tối ưu và an toàn cho công trình Kỹ thuật tính toán hợp lực dựa trên vị trí của cốt thép giúp xác định vùng chịu nén phù hợp, góp phần nâng cao độ bền và tuổi thọ hệ mái cấu trúc.
h’f = 2a’ hoặc h’f = 0: Tương ứng khi có hoặc không có cốt thép S’ đối với cấu kiện tiết diện chữ nhật hoặc chữ T có cánh trong vùng chịu kéo
− Chiều cao vùng chịu nén tương đối của bê tông được tính như sau:
Trong công thức, số hạng thứ hai được lấy dấu “+” khi lực nén tác dụng trước, và dấu “-” khi lực kéo tác dụng trước; tuy nhiên, do tính toán cho cấu kiện chịu uốn, nên số hạng này bằng 0, đảm bảo độ chính xác và phù hợp với đặc điểm chịu lực của cấu kiện.
Hệ số lấy mẫu bê tông được quy định như sau: đối với bê tông nặng và bê tông nhẹ, hệ số là 1.8; đối với bê tông hạt nhỏ, hệ số là 1.6; và đối với bê tông rỗng hoặc bê tông tổ ong, hệ số là 1.4.
Độ lệch tâm của lực Ntot so với trọng tâm tiết diện cốt thép S, được ký hiệu là es.tot, phản ánh khả năng chịu uốn của cấu kiện Trong các tính toán cấu kiện chịu uốn, es.tot được xác định bằng cách bỏ qua, tức là es.tot = 0, nhằm tập trung vào xác định momen uốn M Điều này giúp đảm bảo tính chính xác trong thiết kế và phân tích cấu kiện chịu uốn.
f : Được xác định theo công thức:
As’: Diện tích cốt thép căng trước ( A`s 0 ) b : Phần chiều cao chịu nén của cánh tiết diện chữ I, T ( b'f = 0)
Hệ số đặc trưng trạng thái đàn hồi - dẻo của bê tông vùng chịu nén phụ thuộc vào độ ẩm môi trường và tính chất dài hạn của tải trọng, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và độ bền của cấu kiện bê tông trong các điều kiện hoạt động thực tế.
Khi tác dụng ngắn hạn của tải trọng: Đối với mọi loại bê tông v = 0.45 h0 (mm) δ φ1 η M tc (kNm) As (mm 2 ) z (mm) Es (MPa) φf
Thỏa điều kiện chống nứt
THIẾT KẾ CẦU THANG BỘ
Cấu tạo cầu thang
− Cầu thang dạng bản hai vế có 24 bậc, mỗi vế gồm 12 bậc thang, bậc thang có kích thước:
+ Chiều cao bậc thang: hb = 150mm
+ Chiều rộng bậc thang: lb = 300mm
− Góc nghiêng cầu thang: b b h 150 tan 0.5 26 34 ' l 300
(L0 là nhịp tính toán của bản thang)
Chọn chiều dày bản thang là hb = 160mm
− Kích thước dầm chiếu tới, chiếu nghỉ chọn theo công thức:
cn,ct cn,ct h 400 b 133.33 200 mm
Kích thước dầm thang: b x h = 300 x 400 (mm)
- Gồm có tải trọng lên bản thang nghiêng và bản chiếu nghỉ
Tải trọng tác dụng bản nghiêng bậc thang:
Tải trọng tác dụng lên bản thang hoặc bản nghiêng phụ thuộc vào lớp gạch, đá hoa cương, đá mài hoặc lớp vữa xi măng có chiều dày δ Chiều dày tương đương của các lớp này được xác định dựa trên đặc tính kỹ thuật để đảm bảo an toàn và độ bền của công trình Việc tính toán chính xác tải trọng cho phép thiết kế các công trình cầu thang vững chắc, phù hợp với tiêu chuẩn xây dựng Do đó, xác định rõ chiều dày lớp vật liệu là bước quan trọng trong quá trình tính toán và thi công công trình.
Đối với bậc thang (xây gạch hoặc BTCT) có kích thước lb, hb chiều dày tương đương xác định như sau: o b td h cos 150 cos 26 34 '
Chiều dày, khối lượng các lớp cấu tạo cầu thang
STT Lớp vật liệu Tỷ trọng γ Bề dày lớp Hệ số vượt tải, n g tt
2 Gạch lót, đá hoa cương 24 26.8 1.1 0.708
Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ:
STT Lớp vật liệu Tỷ trọng, γ Bề dày lớp, Hệ số vượt tải n g tt
1 Gạch lót, đá hoa cương 24 20 1.1 0.528
Hoạt tải tiêu chuẩn p tc 3 kN / m 2
Hoạt tải tính toán: p tt n p tc 1.2 3 3.6 kN / m 2
Tổng tải trọng tính toán tác dụng
(kN/m 2 ) Tác dụng lên vế thang 11.27 Tác dụng lên chiếu nghỉ 9.009
- Xem bản thang như 1 dầm đơn giản, ta cắt 1 dải rộng 1m dọc theo bản cầu thang, được 1 dầm có b x h = 0.18 x 1 (m 2 )
- Tính giá trị moment ở bản lớn hơn để thiết kế cốt thép chung cho cả 2 bản thang
- Sử dụng SAP 2000 v14.2.2 để hỗ trợ tính toán nội lực bản thang
Sơ đồ tính toán bản thang
Mô hình bản thang trong SAP 2000 (hình chiếu 3D)
Lực cắt trong bản thang
Theo Bảng 4 Mục 4.2.11 TCVN 5574-2012 độ võng của bản thang được kiểm tra theo điều kiện: f < fgh
Với nhịp bản thang là L = 3.6 + 1.7 = 5.3 > 5
Giới hạn độ võng của bản thang là fgh = 2.5cm
Ta có độ võng từ phần mềm SAP 2000: Độ võng tại đoạn gãy chiếu nghỉ và bản thang Độ võng tại nhịp bản thang
Có độ võng fcn = 0.25mm và fbt = 2.25mm < fgh => bản thang thỏa điều kiện độ võng.
Tính toán cốt thép cho cầu thang
1 Tính toán cốt thép bản thang:
Bê tông B30: Rb = 17 (MPa); Rbt = 1.2 (MPa)
Cốt thép sử dụng AIII: Rs = Rsc = 365 (MPa)
Hệ số điều kiện bê tông: b =1
Trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo được xác định là a = 15 mm Chiều cao có ích của tiết diện bê tông là h₀ = 150 mm trừ đi khoảng cách này, đạt khoảng 135 mm Bề rộng tính toán của dải bê tông là b = 1000 mm, đảm bảo tính chính xác trong thiết kế và tính toán chịu lực của cấu kiện.
+ Các bước tính toán cốt thép: m 2 b b 0
+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép: s min max o
M (kN.m) b mm ho mm αm cm ξ cm
Chọn thép μ% ϕ a As chọn mm mm mm 2
2 Kiểm tra khả năng chịu cắt bản thang:
Trong phân tích nội lực của bản thang, lực cắt lớn nhất đạt giá trị Q = 23.85 kNm, được sử dụng để đánh giá khả năng chịu lực của toàn bộ bản thang nhằm đảm bảo tính an toàn và độ bền của công trình.
- Bê tông không bị phá hoại do ứng suất nén chính:
- Khả năng chịu cắt của bê tông: bbt b b 0
Vậy bản thang đủ khả năng chịu cắt
3 Tính toán cốt thép dầm thang:
Dầm có chiếu tới có kích thước b x h = 300 x 400 (mm)
Tải trọng tác dụng lên dầm bao gồm:
Phản lực bản thang truyền vào:
Biểu đồ phản lực gối tựa Trọng lượng bản thân dầm chiếu tới: gd (0.4 0.15) 0.3 25 1.1 1.375kN / m
Vậy tải trọng tác dụng dầm thang gồm có gd và phản lực: q R gd 61.47 1.375 62.845kN / m
Sơ đồ tính dầm chiếu tới Nội lực dầm cầu thang được tính bằng phần mềm SAP2000 v14.2.2:
Lực cắt dầm cầu thang
Tính cốt thép dầm cầu thang
+ Giả thiết tính toán: a = 15(mm) khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; h0 = 400 - 15 = 385(mm) chiều cao có ích của tiết diện
Sử dụng bê tông cấp độ bền B30 có Rb = 17 (MPa); Rbt = 1.2 (MPa)
Sử dụng thép AIII có Rs = Rsc = 365 (MPa)
+ Các bước tính toán cốt thép m 2 b b 0
+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép: s min max o
Vị trí M b ho αm ξ As tt Chọn thép %
(kN.m) mm mm cm mm 2 ứ số thanh
− Khả năng chịu cắt của bê tông:
Qmax = 113.12(kN) > Q0 => bê tông không đủ khả năng chịu cắt
2 Tính toán cốt ngang (cốt đai):
Trong thiết kế cấu kiện bê tông, không bố trí cốt thép xiên chịu lực cắt, nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả chịu lực Điều kiện tính toán là lực cắt do tác động của ngoại lực không vượt quá tổng khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai, cụ thể là Q Q = Q + Q u b t sw, giúp đảm bảo độ bền và an toàn của kết cấu.
Qb là khả năng chịu cắt của bê tông:
Qsw thể hiện khả năng chịu cắt của cốt đai, được tính bằng công thức Qsw = q c sw = ∑ R A sw, trong đó A sw là diện tích tiết diện cốt thép đai Về chiều dài, c là chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng lên trục cấu kiện tính từ mép gối tựa, góp phần xác định khả năng chịu cắt của cốt đai trong kết cấu bê tông cốt thép.
+ Tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất ứng với 0 b sw c c M
q + Khi đó: Qwb 2 b2 (1 n f)R bh qbt 2 0 sw
+ Khoảng cách cốt đai theo tính toán:
+ Khoảng cách cốt đai lớn nhất để đảm bảo điều kiện không có khe nứt nghiêng chỉ qua bê tông:
+ Khoảng cách cốt đai theo cấu tạo:
Vùng L/4 gần gối tựa: ct h h 450mm s 2
+ Khoảng cách cốt đai theo thiết kế: S tk min(s , s tt max , s ) ct
Chọn cốt đai ỉ8, 2 nhỏnh, cú asw = 50.2 mm 2
Khoảng cốt đai theo tính toán:
Khoảng cốt đai lớn nhất để đảm bảo điều kiện không có khe nứt nghiêng chỉ qua bê tông:
Theo cấu tạo: sct = 150(mm)
Vậy ta bố trí đai theo cấu tạo, bước đai 8a150 mm cho khoảng L/4 gần gối tựa và cho khoảng còn lại
THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG
Tải thẳng đứng
Tải trọng các ô sàn tầng điển hình được trình bày trong chương III
Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m2)
Tĩnh tải tính toán (kN/m2)
1 Bản thân kết cấu sàn 25 180 4.5 1.1 4.95
Tổng tĩnh tải lớp hoàn thiện 1.63 2.05
Tải tường xây tác dụng lên dầm, sàn được trình bày trong chương III
Tải trọng tường sân thượng
Tường gạch 200mm, chiều cao tường ht = 1.2m
2 Hoạt tải: Đã được trình bày trong chương III.
Tải gió
Nguyên tắc tính toán thành phần tải trọng gió (theo mục 2 TCVN 2737:1995)
Tải trọng gió gồm hai thành phần chính là thành phần tĩnh và thành phần động, trong đó thành phần tĩnh tải gió được xác định dựa trên các quy định trong tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737:1995 Việc tính toán chính xác giá trị của thành phần tĩnh là yếu tố quan trọng để đảm bảo tính an toàn và độ bền của kết cấu Theo chuẩn mực này, các yếu tố về chiều cao, diện tích và môi trường ảnh hưởng đều được xem xét khi xác định tải trọng gió Điều này giúp các nhà thiết kế có cơ sở chính xác để dự toán và kiểm tra khả năng chịu lực của công trình trước khi thi công.
- Thành phần động của tải trọng gió được xác định theo các phương tương ứng với phương tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió
Thành phần động tải trọng gió tác động lên công trình là lực do xung của vận tốc gió và lực quán tính của công trình gây ra Giá trị của lực này được xác định dựa trên thành phần tĩnh của tải trọng gió, nhân với các hệ số phản ánh ảnh hưởng của xung vận tốc gió và lực quán tính.
- Theo mục 1.2 TCXD 229:1999 thì công trình có chiều cao > 40m thì khi tính phải kể đến thành phần động của tải trọng gió
Trong quá trình thiết kế, cần áp dụng các phương pháp phân tích tải trọng gió cho công trình Chung cư An Dương Vương cao 56,9 mét, vượt mức 40 mét, nhằm đảm bảo tính chính xác của thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió Việc tính toán đúng các yếu tố này là rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và ổn định cho đồ án tốt nghiệp hoặc các công trình xây dựng cao tầng Đặc biệt, cần lưu ý đến ảnh hưởng của tải trọng gió động để tối ưu hóa kết cấu và giảm thiểu rủi ro do tác động của gió mạnh.
+ Tính toán gió tĩnh dùng tổ hợp: Combo = 1 TT 1 HT
+ Tính toán gió động dùng tổ hợp: Combo = 1 TT 0.5 HT
0.5 là hệ số chiết giảm khối lượng quy định tại Mục 3.2.4, Bảng 1, TCXD
W0 là giá trị áp lực gió tiêu chuẩn được xác định dựa trên bảng 4 phù hợp với từng phân vùng áp lực gió quy định trong phụ lục E của TCVN 2737-1995 Hệ số vượt tải n = 1.2 phản ánh mức độ quá tải của hệ thống Hệ số k(zj) được sử dụng để điều chỉnh áp lực gió theo chiều cao, thể hiện sự thay đổi áp lực gió theo độ cao của công trình.
c - là hệ số khí động được lấy như sau:
Tải gió tĩnh được gán vào 1 điểm tâm hình học của công trình nên ta lấy tổng c = 1.4
- Công trình Chung cư An Dương Vương được xây dựng tại Thị xã Lào Cai, thuộc vùng gió IA và địa hình A
- Tra bảng A.1 Phụ lục A TCXD 299:1999 được:
Gió tĩnh tác dụng theo phương X, Y gán vào tâm hình học của sàn
Tầng Chiều Cao Hệ W j Bề rộng đón gió F x F y
Thành phần động của gió được xác định dựa trên tiêu chuẩn TCXD 229-1999, đảm bảo tính chính xác trong tính toán tải trọng gió Các thành phần động của tải trọng gió được xác định theo các phương tương ứng với phương tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió, giúp dự báo chính xác tác động của gió lên công trình Tiêu chuẩn tập trung vào thành phần gió dọc theo phương X và phương Y, trong khi bỏ qua thành phần gió ngang và momen xoắn để đơn giản hóa quá trình phân tích Việc xác định thành phần động của gió phù hợp tiêu chuẩn giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế xây dựng.
- Tổ hợp dùng để tính gió động: combo 1 TT 0.5 HT
Theo TCVN 229 – 1999 thì sơ đồ tính toán động lực là hệ thanh console có hữu hạn điểm tập trung khối lượng xác định theo phụ lục A của TCXD 299-1999
Sơ đồ tính toán động lực tải trọng gió lên công trình
Theo TCXD 229:1999, để tính toán thành phần động của tải trọng gió, chỉ cần xem xét dạng dao động đầu tiên của S Tần số dao động riêng của S phải thoả mãn bất đẳng thức: f_s < f_L < f_{s+1}, đảm bảo tính chính xác trong quá trình phân tích cấu kiện chịu tác động của gió.
Trong quá trình thiết kế, giá trị fL được tra trong bảng 2 của TCXD 229:1999, giúp xác định tần số nằm trong phạm vi an toàn Đối với kết cấu sử dụng bê tông cốt thép, lấy hệ số δ bằng 0.3, tra bảng cho ra giá trị fL là 1.1 Hz, đảm bảo tính ổn định của công trình Cột và vách được ngàm chắc chắn với móng, tăng cường khả năng chịu lực và nâng cao độ bền của kết cấu.
Trong quá trình phân tích công trình, gió động được xác định theo hai phương X và Y, với chỉ tiêu chọn phương có chuyển vị lớn hơn để đánh giá Việc tính toán thành phần động của gió bao gồm các bước quan trọng nhằm đảm bảo độ chính xác của dự báo Các bước này giúp xác định tác động của gió động lên kết cấu công trình một cách chính xác, từ đó đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế xây dựng.
Xác định tần số dao động riêng của công trình
Sử dụng phần mềm Etabs khảo sát với 12 mode dao động của công trình:
Phần trăm khối lượng tham gia dao động
Case Mode Period Tần số
UX UY UZ RX RY RZ sec Hz
Modal 3 2.202 0.454 0 1.24E-05 0 7.62E-06 0 0.692 Modal 4 0.626 1.597 4.83E-06 0.1041 0 0.1569 9.17E-06 0.044 Modal 5 0.626 1.597 2.49E-06 0.054 0 0.0815 4.81E-06 0.0847 Modal 6 0.624 1.603 0.1368 8.50E-07 0 1.32E-06 0.2591 6.76E-06 Modal 7 0.289 3.46 0 6.37E-06 0 9.99E-06 0 0.0515
Dựa trên bảng phần trăm khối lượng tham gia dao động, ta có f3 = 0.454 < fL = 1.1 < f4 = 1.597, phản ánh sự phân bố năng lượng giữa các mode dao động Theo tiêu chuẩn TCXD 229-1999, cần tính thành phần động của gió dựa trên 3 mode tải trọng, nhưng khi quan sát dao động trong phần mềm Etabs, đã nhận thấy mode 3 bị xoắn nên không phù hợp Do đó, việc xác định thành phần động của gió chỉ còn dựa trên 2 mode chính, đảm bảo chính xác và phù hợp với thực tế cấu kiện.
Trong mục 4.5 của TCXD 229:1999, quy trình tính toán thành phần động của tải trọng gió được trình bày rõ ràng Giá trị tiêu chuẩn của thành động của gió tác dụng lên phần tử j của dạng dao động thứ i được xác định dựa trên công thức chính xác, giúp đảm bảo tính chính xác trong thiết kế kết cấu Phương pháp này là yếu tố quan trọng để xác định các yếu tố động của gió nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả chịu lực của công trình xây dựng.
Mj : khối lượng tập trung của phần công trình thứ j
i : hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i
Trong quá trình phân tích cấu trúc, hệ số i (i) được xác định bằng cách chia công trình thành nhiều phần nhỏ để đảm bảo tải trọng gió trong mỗi phần có thể coi là không đổi, giúp đánh giá chính xác tác động gió lên từng khu vực Biên độ dao động tỉ đối của phần công trình thứ j, ứng với dạng dao động riêng thứ i (yji), thể hiện mức độ dao động của từng phần trong quá trình chịu tác động Việc xác định chính xác các hệ số này đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và đảm bảo an toàn cho công trình trước các tác động của gió mạnh.
Hệ số động lực i của dạng dao động thứ i được xác định dựa trên đồ thị từ TCXD 229:1999, giúp xác định chính xác khả năng chống rung của cấu kiện Hệ số này phụ thuộc vào các thông số như i và độ giảm lôga của dao động , góp phần tối ưu hóa thiết kế chịu lực và giảm thiểu tác động của rung động Việc xác định chính xác hệ số động lực là yếu tố then chốt để đảm bảo độ bền và an toàn của công trình khi đối mặt với các dao động xảy ra.
+ Do công trình bằng BTCT nên có = 0.3
+ Thông số i được xác định theo công thức: i o i
: hệ số tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2;
W0 (N/m 2 ): giá trị áp lực gió, đã xác định ở trên
W0 = 55 kG/m 2 = 550 N/m 2 fi : tần số dao động riêng thứ i
49 Đồ thị xác định hệ số động lực
+ Hệ số ψ i được xác định bằng công thức (4.5) TCVN 229-1999: n ji Fj j 1 i n
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 do xung vận tốc gió gây ra Giá trị này được xác định dựa trên các công thức kỹ thuật chuẩn, đảm bảo tính chính xác trong tính toán thiết kế công trình Việc tính toán chính xác WFj là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và khả năng chịu lực của công trình trước tác động của gió mạnh.
Thành phần tĩnh của tải trọng gió Wj được tính bằng công thức Wj = W k(z).c0, trong đó W là trọng lượng gió cơ bản, k(z) là hệ số tăng áp lực gió theo chiều cao z, và c0 là hệ số điều chỉnh Hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao z, ζj, được xác định theo công thức (A.32) trong tiêu chuẩn TCVN 229-1999, giúp đảm bảo tính chính xác trong thiết kế và phân tích cấu trúc.
Hệ số tương quang không gian áp lực động của tải trọng gió, được xác định dựa trên các tham số như mật độ ρ, hệ số χ và dạng dao động, phụ thuộc vào mặt phẳng tọa độ cơ bản song song với bề mặt tính toán Theo hướng dẫn trong TCVN 229-1999 và các bảng 4, 5, các thông số này giúp đánh giá chính xác lực tác động của gió đối với kết cấu xây dựng Việc tính toán hệ số này là bước quan trọng nhằm đảm bảo độ bền và an toàn của công trình chịu ảnh hưởng của gió động.
Hệ tọa độ khi xác định hệ số không gian v
Hệ số tương quan không gian v1 khi xét tương quan xung vận tốc gió theo chiều cao và bề rộng đón gió
Sj: diện tích dón gió ứng với phần tử thứ j của công trình j j 1 j h h
hj, hj-1, B: lần lượt là chiều cao tầng của tầng thứ j, j-1, và bề rộng đón gió
Tải động đất
Tổ hợp dùng để tính toán động đất: combo 1 TT 0.24 HT
Hệ số tổ hợp tải trọng đối với tác động thay đổi được ký hiệu là ψE,i, với giá trị bằng 0.24 hoặc 0.8 Hệ số phụ thuộc vào loại tải trọng tác động lên công trình theo bảng 3.4 của TCVN 9386-2012 được ký hiệu là ψ2,i Hệ số φ phản ánh tác động thay đổi dựa trên loại tác động theo hướng dẫn trong bảng 4.2 của TCVN 9386-2012, giúp xác định chính xác các yếu tố ảnh hưởng đến tính an toàn và độ tin cậy của công trình.
2 Phương pháp phổ phản ứng:
− Phương pháp “Phân tích phổ phản ứng dạng dao động", là phương pháp có thể áp dụng cho tất cả các loại nhà
− Phải xét tới phản ứng của tất cả các dạng dao động góp phần đáng kể vào phản ứng tổng thể của nhà
− Tổng các khối lượng hữu hiệu của các dạng dao động được xét chiếm ít nhất
90 % tổng khối lượng của kết cấu
− Tất cả các dạng dao động có khối lượng hữu hiệu lớn hơn 5 % của tổng khối lượng đều được xét đến
Xác định gia tốc nền tham chiếu
− Gia tố nền quy đổi agRo tra theo phụ lục H - TCVN 9386-2012
Thị Xã Lào Cai => gia tốc nền quy đổi: gR o a 0.1116
Nhận dạng loại đất nền
Có 7 loại đất nền phân loại theo Mục 3.1.2 và Mục 3.2.2.2 TCVN 9386-
Xác định hệ số tầm quang trọng của công trình
− Mức độ tầm quan trọng được đặc trưng bởi hệ số tầm quan trọng γ1
Các định nghĩa về mức độ tầm quan trọng (γ1 = 1.25, 1.00, 0.75) (Phụ lục E – TCVN 9386-2012) tương ứng với công trình loại I, II, III (Phụ lục F – TCVN 9386-2012)
Công trình nhà cao tầng có 16 tầng thuộc loại công trình quan trọng cấp độ II Do đó, hệ số tầm quan trọng được áp dụng là γ = 1.00, đảm bảo tính chính xác và phù hợp với tiêu chuẩn xây dựng hiện hành.
Xác định đỉnh gia tốc nền thiết kế
Gia tốc nền thiết kế: a g a gR 1 1.095 1.00 1.095(m / s ) 2
Xác định hệ số ứng sử q của kết cấu
− Hệ khung hoặc hệ khung tương đương (hỗn hợp khung – vách), có thể xác định gần đúng như sau (cấp dẻo trung bình):
+ q = 3.6 nhà nhiều tầng, khung một nhịp
+ q = 3.9 nhà nhiều tầng, khung nhiều nhịp hoặc kết cấu hỗn hợp tương đương khung q 3.9 0.8 3.12
Xác định phổ gia tốc thiết kế
Xác định dựa theo mục 3.2.2.5 TCVN 9386:2012 phổ thiết kế dùng cho phân tích đần hồi
+ Sd(T) - là phổ thiết kế
+ q - là hệ số ứng xử
+ β là hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang, 0,2
+ T – là chu kì dao động của hệ tuyền tính một bật tự do
+ ag – là gia tốc nền thiết kế
+ TB – giới hạn dưới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc
+ TC – giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc
+ TD – giá trị xác định điểm bắt đầu của thành phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng
Giá trị của tham số mô tả phổ phản ứng
Khai báo phổ gia tốc thiết kế cho kết cấu:
− Sử dụng etabs 2017.0.1 khai báo phổ phản ứng đàn hồi cho mô hinh
− Define / functions / presponse spectrum function / TCVN 9386:2012
Khai báo phổ phản ứng trong Etabs
− Chọn: vị trí có chu kì 1s để kiểm tra
Theo đất nền loại D thì: TC 0.8s T 1.0sTD 2.0s
Gia tốc nền thiết kế: a g a gR 1 1.095 1.00 1.095(m / s ) 2
− Xác định phổ thiết kế:
Kết quả tương tự với kết quả trong Etabs
Phổ thiết kế của Etabs 17
Tổ hợp tải trọng
1 DL ( trọng lượng bản thân)
2 SDL ( tải hoàng thiện và tải tường)
3 LL1 (hoạt tải nhỏ hơn 2 kN/m 2 )
4 LL2 (hoạt tải lớn hơn 2 kN/m 2 )
5 WTx (gió tĩnh theo phương X)
6 WTy ( gió tĩnh theo phương Y)
7 WDx ( gió động theo phương X)
8 WDy (gió động theo phương Y)
9 Ex ( động đất theo phương X)
10 Ey (động đất theo phương Y)
Theo trạng thái giới hạn 2
STT Tên tổ hợp Thành phần tổ hợp Ghi chú
1 COMBO1 1.1DL+1.3LL1+1.2LL2 TCVN
6 COMBO6 1.1DL+0.9(1.3LL1+1.3LL2+1.2Wx)
7 COMBO7 1.1DL+0.9(1.3LL1+1.3LL2-1.2Wx)
8 COMBO8 1.1DL+0.9(1.3LL1+1.3LL2+1.2Wy)
9 COMBO9 1.1DL+0.9(1.3LL1+1.3LL2-1.2Wy)
10 COMBO10 DL+0.3(LL1 + LL2)+Ex+0.3Ey TCVN
11 COMBO11 DL+0.3(LL1 + LL2)+0.3Ex+Ey
Kiểm tra ổn định tổng thể
1 Kiểm tra chuyển vị đỉnh:
Theo mục C.5 phụ lục C – TCVN 5574-2012, ta có chuyển vị ngang cho phép
1.1 Chuyển vị ngang tại đỉnh theo kết quả từ mô hình:
− Giới hạn chuyển vị đỉnh [f] = 113.8mm
+ Chuyển vị do gió phương X: fx = 81.13 (mm)
+ Chuyển vị do gió phương Y: fy = 90.27 (mm)
− Kết luận: f < [f] => thỏa điều kiện chuyển vị đỉnh
2 Kiểm tra chuyển vị tương đối:
2.1 Chuyển vị tương đối do gió:
Chuyển vị tương đối do gió phương X
Hướng gió Tầng Chiều cao tầng h (m)
Chuyển vị ngang từ mô hình (mm)
Chuyển vị ngang tương đối (mm)
Trị số giới hạn hs/500 (mm)
Chuyển vị tương đối do gió phương Y
Hướng gió Tầng Chiều cao tầng h (m)
Chuyển vị ngang từ mô hình (mm)
Chuyển vị ngang tương đối (mm)
Trị số giới hạn hs/500 (mm)
2.2 Chuyển vị tương đối do động đất:
Chuyển vị tương đối do động đất phương X
Chuyển vị ngang từ mô hình (mm)
Chuyển vị ngang tương đối, dc (mm) dr=qd.dc
(mm) ν.dr Trị số giới hạn
Chuyển vị tương đối do động đất phương Y
Chuyển vị ngang từ mô hình (mm)
Chuyển vị ngang tương đối, dc (mm) dr=qd.dc
(mm) ν.dr Trị số giới hạn
3 Kiểm tra gia tốc đỉnh:
Theo TCXD 198:1997 gia tốc cực đại của chuyển động tại đỉnh công trình dưới tác động của gió thỏa điều kiên:
yY Y Trong đó: gia tốc đỉnh cho phép theo tiêu chuẩn lấy bằng 150 mm/s2
Tham khảo sách THIẾT KẾ & THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG - NXB xây dựng
1996 thì gia tốc công trình tính như sau: y 2 f 2 AW
3.1 Kiểm tra gia tốc đỉnh phương X: fx = 0.447Hz
Trong đó: f là tần số dao động dạng 1 theo X
AWlà chuyển vị của gió động theo X
Trong đó: f là tầng số dao động dạng 1 theo X
Aw là chuyển vị gió động theo X
3.2 Kiểm tra gia tốc đỉnh phương Y: fy = 0.414Hz
Trong đó: f là tần số dao động dạng 1 theo Y
AWlà chuyển vị của gió động theo Y
Trong đó: f là tầng số dao động dạng 1 theo Y
Aw là chuyển vị gió động theo Y
=> Tỷ lệ chiều cao nhà/bề rông nhà = 2.0 < 5
Kết luận: Không cần kiểm tra lật.
Thiết kế thép cột (trục 3 và C)
1 Tính thép dọc cho cột:
1.1.1 Khái niệm nén lệch tâm xiên:
- Nén lệch tâm xiên là trường hợp phổ biến trong kết cấu công trình, xảy ra khi: + Lực dọc N không nằm trong mặt phẳng đối xứng nào
+ Hoặc khi lực dọc N tác dụng đúng tâm, kết hợp với momen M mà mặt phẳng tác dụng của nó không trùng với mặt phẳng đối xứng nào
- Khi thiết kế thường sử dụng 1 trong 3 phương pháp sau:
+ Thứ nhất, là tính riêng cho từng trường hợp lệch tâm phẳng và bố trí thép cho mỗi phương
Thứ Hai, là phương pháp tính gần đúng chuyển đổi từ bài toán lệch tâm xiên sang bài toán lệch tâm phẳng tương đương, giúp đơn giản hóa quá trình tính toán Phương pháp này cũng bao gồm việc bố trí đều các yếu tố theo chu vi của cột để đảm bảo độ chính xác và ổn định trong phân tích kết cấu.
+ Thứ ba, dùng phương pháp biểu đồ tương tác
Trong ba phương pháp được đề cập, hai phương pháp đầu là phương pháp tính gần đúng, trong khi phương pháp thứ ba phản ánh chính xác khả năng chịu lực của cấu kiện Trong đồ án, sinh viên đã chọn phương pháp thứ hai để tính toán cốt thép dọc trong cột, đảm bảo độ chính xác và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.
1.1.2 Nội lực cột nén lệch tâm xiên:
- Các thành phần nội lực cần kiểm tra của cột nén lệch tâm xiên gồm:
Lực dọc N (kéo hoặc nén); Lực cắt Qx, Qy; Momen Mx, My
Cột được đặt thép đối xứng, giúp loại bỏ lo ngại về dấu của mô men và lực cắt Cốt thép dọc của cột được bố trí xuyên suốt chiều dài, không cần quá quan tâm đến vị trí lấy nội lực Để tính toán thép cho cột chính xác, cần xác định các bộ ba nội lực nguy hiểm, đảm bảo độ an toàn và ổn định của kết cấu.
+ Có N lớn nhất và Mx, My tương ứng; (1)
+ Có Mx lớn nhất và N, My tương ứng; (2)
+ Có My lớn nhất và N, Mx tương ứng; (3)
+ Có Mx và My đều lớn; (4)
+ Có độ lệch tâm lx M x e N hoặc ly M y e N lớn
- Trong 5 trường hợp trên thì 3 trường hợp đầu có thể dễ dàng tìm được, trường hợp
(4), (5) là khó xác định được Do đó để đơn giản có thể tính toán cho 3 trường hợp đầu
Lực cắt thường không đóng vai trò quyết định trong khả năng chịu lực của cột Do đó, bộ nội lực có lực cắt lớn nhất cần được sử dụng để kiểm tra lại khả năng chịu cắt của cột, đảm bảo kết cấu an toàn và độ bền vững.
1.1.3 Tính toán cốt thép dọc cột lệch tâm xiên:
Cốt thép dọc cột nén lệch tâm xiên được tính toán theo phương pháp gần đúng, giúp đơn giản hóa quá trình thiết kế Phương pháp này dựa trên nguyên tắc biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành dạng nén lệch tâm phẳng tương đương để dễ dàng xác định cốt thép chính xác.
- Xét tiết diện có cạnh Cx,Cy Điều kiện để áp dụng phương pháp gần đúng
C cốt thép được đặt theo chu vi
Kiểm tra điều kiện tính toán gần đúng cột lệch tâm xiên X
Có Cx, Cy lần lượt là cạnh của tiết diện cột
- Tính toán độ ảnh hưởng của uốn dọc theo 2 phương
- Chiều dài tính toán l ox x l; l oy y l, do liên kết của cột là liên kết nút cứng nên x y 0.7
- Độ lệch tâm ngẫu nhiên: oy y ox x ax ay l C l C e max ; ;e max ;
- Độ mảnh theo 2 phương: x ox x oy x y l l 0.288C ; 0.288C
- Tính hệ số ảnh hưởng của uốn dọc:
Nếu x,y 28 x,y 1 (bỏ qua ảnh hưởng của uống dọc)
(kể đến ảnh hưởng của uống dọc) Trong đó:
Ncr: là lực dọc tới hạn cr 2 b l 0 e
l: là hệ số kể đến ảnh hưởng của tác dụng dài hạn của tải trọng đến độ cong của cấu kiện ở trạng tháy gới hạn lấy bằng: l M l
: là hệ số phụ thuộc vào loại bê tông, lấy theo bảng 29 TCVN 5574-2012
M: là mooment lấy với biên chịu kéo hoặc chiệu nén ít hơn cả của tiết dienj do tác dụng của tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời ngắn hạn
Ml: tương tự M, nhưng là tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn lo: xác dịnh theo bảng 30 TCVN 5574-2012
e: là hệ số, lấy bằng eo/h, nhưng không nhỏ hơn e , min
Rb: tính bằng đơn vị MPa
Trong các trường hợp khi moment uốn hoặc độ lệch tâm do toàn bộ tải trọng và tổng tải trọng thường xuyên cùng tải trọng tạm thời dài hạn có dấu khác nhau, ta cần xác định hệ số l dựa trên giá trị tuyệt đối của độ lệch tâm Cụ thể, nếu độ lệch tâm do toàn bộ tải trọng e_o lớn hơn 0.1h, thì hệ số l được lấy bằng 1 để đảm bảo tính chính xác trong thiết kế kết cấu.
hXác định mô hình tính toán theo phương Cx hoặc Cy
- Tính toán tương tự bài toán lệch tâm phẳng đặt thép đối xứng
+ Xác định độ lệch tâm từ phân tích tĩnh học kết cấu e1
- Xác định sơ bộ chiều cao vùng nén x1 theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng:
- Xác định hệ số chuyển đổi m0
- Xác định moment tương đương (đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệc tâm phẳng)
- Xác định độ lệch tâm ngẫu nhiên tương đương: 1 M e N
- Xác định độ lệch tâm eo, độ lệch tâm tính toán e
+ Với kết cấu siêu tĩnh: e 0 max(e , e ) a 1
+ Độ lêch tâm tính toán: o h e e a
Tính toán cốt thép theo các trường hợp:
h nén lệch tâm rất bé, tính toán gần như tính toán đúng tâm
- Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm: 1
- Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm: e (1 )
- Diện tích toàn bộ cốt thép dọc: b st sc b
h và x 1 R h o nén lệch tâm bé
- Xác định chiều cao vùng nén x theo công thức sau 1 R R 2 o o x 1 h
- Diện tích toàn bộ cốt thép dọc: b st sc a
- Hệ số k xét đến việc tính toán cốt thép toàn bộ, lấy k = 0.4
h và x 1 R h o nén lệch tâm lớn
Kiểm tra hàm lượng thép: s t min max b
Cốt thép được đặt đều theo chu vi cột
1.2 Tính toán cụ thể cột C17 tầng 3:
Kích thước cột C17 tại vị trí tầng 3 sau khi điều chỉnh tiết diện theo nội lực tính toán:
Tầng Cột Ltt (mm) Cx (mm) Cy (mm) a (mm)
Ta chọn tổ hợp nội lực có lực dọc (N) lớn nhất của cột C17 tại tầng 3 xuất từ excel để tính toán:
Tầng Cột Tổ hợp tải trọng Vị trí P (kN) M2 (kNm) M3 (kNm)
TANG 3 C17 Comb10 Min 1.4 -6806.49 -23.60 -53.34 TANG 3 C17 Comb10 Min 2.8 -6794.13 -39.27 -355.37
Ta chọn tổ hợp lực tại vị trí đầu tiên để tính toán ví dụ cho cột C17
- Kiểm tra điều kiện tính toán gần đúng cột lệch tâm xiên X
- Tính toán độ ảnh hưởng của uốn dọc theo 2 phương
- Chiều dày tính toán l ox l oy x l 0.7 3.6 2.52m
- Độ lệch tâm ngẫu nhiên:
- Độ lêch tâm tính toán: ox ax 1x oy ay 1y e max(e , e ) 24.68mm e max(e , e ) 20mm
- Tính hệ số ảnh hưởng của uốn dọc:
Theo phương X: x 15.928 1 (bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc)
Theo phương Y: y 15.928 1 (bỏ qua anh hưởng của uốn dọc)
- Quy đổi bài toán lệch tâm xiên sang lệch tâm phẳng tương đương theo phương X hoặc phương Y:
- Độ lệch tâm tính toán:
a ax ay e e 0.2e 20 0.2 20 24mm o 1 a e max(e , e )29.77mm o h 600 e e a 29.77 40 289.77mm
Tính toán cốt thép cột theo các trường hợp: o o e 29.77
nén lệch tâm rất bé
- Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm:
- Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm:
- Diện tích toàn bộ cốt thép dọc:
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tính toán: min chon min
Trong thiết kế cột chịu nén lệch tâm xiên, cốt thép được bố trí theo chu vi để đảm bảo tính vững chắc và an toàn cấu trúc Cốt thép đặt theo cạnh b có mật độ lớn hơn hoặc bằng mật độ theo cạnh h, giúp tăng cường khả năng chịu lực và chống biến dạng của cột trong điều kiện chịu tải lệch tâm Việc xác định và bố trí cốt thép đúng quy định đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ bền và ổn định của kết cấu xây dựng.
Thường được thiết kế theo nhóm thép AII hoặc AIII, có đường kính ϕ16-ϕ32 Khoảng cách giữa 2 cốt thép dọc kề nhau nằm trong khoảng 50-400
Chọn 16ϕ25 có As = 7853.98(mm 2 ) rải đều theo chu vi cột
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép chọn:
- Các trường hợp giá trị còn lại tính toán tương tự
Bảng chọn thép cho tổ hợp lực Comb10 min cột 17 tầng 3
Tầng Cột Tổ hợp tải trọng
Trong bài viết này, chúng tôi trình bày các kết quả tính toán của các tổ hợp tải trọng khác nhau dựa trên các dữ liệu về vật liệu thép và các thông số kỹ thuật như lực kéo, mô men uốn và hệ số biến dạng Cụ thể, các dữ liệu về M2, M3, Att cùng các thông số liên quan như kN, kNm, cm² được liệt kê rõ ràng, giúp xác định khả năng chịu lực của cấu kiện thép trong các tình huống khác nhau Các tổ hợp tải trọng như Tang 3 C17 Comb10 min với các mức độ khác nhau của tải trọng được tính toán chính xác, dựa trên các công thức đã đề cập, nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế kết cấu thép Những kết quả này được trình bày chi tiết trong phần phụ lục của tài liệu.
2 Tính thép đai cho cột:
Trong thực hành tính toán, thép đai cột thường không được tính toán dựa trên lực cắt trong cột vì giá trị này rất nhỏ so với yêu cầu bố trí thép theo cấu tạo Thay vào đó, việc bố trí thép đai chủ yếu dựa trên mối quan hệ giữa đường kính thép dọc, hàm lượng thép, kích thước cột và các yêu cầu kháng chấn trong thiết kế động đất Việc này giúp đảm bảo khả năng chịu lực của cột một cách hiệu quả mà vẫn tối ưu về mặt kinh tế và kỹ thuật.
Theo TCXD 198:1997 Nhà cao tầng – Thiết kế cấu tạo bê tông cốt thép toàn khối Đường kính cốt thép đai: d 8mm, 14 max ;
Trong phạm vi vùng nút khung từ điểm cách mép trên đến điểm cách mép dưới của nút một khoảng l1 (l 1 h ;l c cl 6; 450mm ): khoảng cách đai s 6 min ;100 ;
Tại các vùng còn lại: sb ;12c min ;
Theo TCXDVN 375:2006 Thiết kế công trình chịu động đất Đối với cột (theo chương 5 TCXDVN 375:2006)
Tham số cấu tạo đối với cột:
STT Nội dung Cấp dẻo trung bình Điều Tham số
1 Chiều dài vùng tới hạn 5.4.3.2.2(4)
c cl max h ;l / 6; 450mm Toàn bộ chiều cao cột nếu cl c l h 3
2 Số thanh trung gian giữa các thanh ở góc dọc theo mỗi mặt, min 5.4.3.2.2.(2)P 01 thanh
3 Hàm lượng cốt thép dọc, ρ1, min 5.4.3.2.2.(1)P 1%
STT Nội dung Cấp dẻo trung bình Điều Tham số
4 Hàm lượng cốt thép dọc, ρ1, max 5.4.3.2.2.(1)P 4%
5 Đường kính cốt đai trong vùng tới hạn dbw, min 5.4.3.2.2.(10)P 6mm
6 Khoảng cách giữa các cốt đai trong vùng tới hạn, s, max 5.4.3.2.2.(11) b 0 bL min ;175mm;8d 2
7 Tỷ số thể tích cơ học trong vùng tới hạn chân cột, ωwd, min 5.4.3.2.2.(9) 0.08
Khoảng cách giữa các thanh cốt thép dọc cạnh nhau trong vùng tới hạn, dh, max
9 Hệ số dẻo khi uốn μϕ, min 5.4.3.2.2.(11b),
10 Biến dạng bê tông trên toàn bộ tiết diện ngang, εcu2, min 5.4.3.2.2.(7)P 0.0035
Bố trí thép đai cột
2.2 Tính toán cụ thể cột C17 tầng 3:
Tầng Tên cột Thép dọc μ Cao tầng
H thông thủy Tiết diện ngang lớn nhất cột
Bước 1: Chọn trước đường kính thép đai và số nhánh đai
73 doc min dai max( ;8mm)
Bước 2: Tính khoảng cách đai tính toán chịu cắt trong cột (có thế bỏ qua vì thường bố trí cấu tạo lớn hơn thép tính toán)
Bước 3: Khoảng cách các lớp cốt đai theo cấu tạo
Có a ct min(12 min ; 400)min(300; 400)300
Bước 4: Bố trí cốt đai theo chiều dài cột
Trong khoảng L1 (tại vị trí gần nút):
Bố trí đai Ф8a100 cho đoạn L1 = 750mm
Trong khoảng L2: Bố trí theo cấu tạo
Bố trí đai Ф8a200 cho đoạn L2 = Lw – 2L1 = 1300mm
Trong các nút khung phải dùng đai kín cột với khoảng cách không vượt quá 200.
Tính toán cốt thép dầm
1 Tính toán thép dọc dầm:
- Từ nội lực xuất từ phần mềm ETABS 17, ta sử dụng để tính toán cốt thép cho dầm
- Dầm được tính toán như sàn
1.2 Tính toán và chọn thép cụ thể cho dầm B32 trục C tầng 3:
Kết quả tính toán chọn thép dầm B32 tầng 3:
- Hàm lượng cốt thép thỏa mãn điều kiện
- Các tầng và các dầm khác ta tính toán tương tự
2 Tính toán cốt đai cho dầm:
- Các cốt đai được sử dụng trong dầm bêtông cốt thép vì 4 lý do sau:
+ Các cốt đai liên kết với các cốt thép dọc thành khung chắc chắn, giữ đúng vị trí cốt thép khi thi công
Khi chịu nén, cốt thép dọc có thể bị cong và phá vỡ lớp bê tông bảo vệ, dẫn đến hiện tượng bật ra khỏi kết cấu bê tông Để đảm bảo tính ổn định, cốt đai giữ vai trò quan trọng trong việc ngăn cốt dọc bị cong và bật ra ngoài, giúp duy trì độ bền và an toàn của cấu trúc bê tông.
+ Các cốt đai được bố trí hợp lý sẽ tăng tính mềm dẻo của bêtông
+ Các cốt đại làm việc như cốt thép chịu cắt của cột
- Chọn trước đường kính và số nhánh đai: doc max dai ;5mm
+ Số nhánh đai tùy thuộc vào kích thước cột và cách bố trí thép dọc
Khi chiều cạnh tiết diện nhỏ hơn 400mm và mỗi cạnh không quá 4 thanh cốt thép dọc, thì có thể sử dụng một cốt thép đai bao quanh toàn bộ cốt thép dọc để đảm bảo cấu kiện chịu lực tốt.
+ Các trường hợp còn lại thì cách một thanh thép dọc phải có một cốt đai và khoảng cách không quá 400mm
- Tính toán đai chịu cắt:
+ Khoảng cách đai chịu lực ( có thể bỏ qua vì thường cho kết quả nhỏ hơn rất nhiều so với bước đai cấu tạo)
+ Kiểm tra điều kiện bê tông không bị phá hoại do ứng suất nén chính:
+ Khả năng chịu cắt của bê tông: (Theo mục 6.2.3.4 TCVN 5574-2012): b b3 n b bt 0
+ Nếu Qmax > Qb thì tính toán cốt đai, ngược lại thì bố trí đai theo cấu tạo
w1 = 1 + 5w nhưng không lớn hơn 1.3, trong đó: s w sw b
b2 = 2; b3 = 0.6; b4 = 1.5 đối với bê tông nặng n b bt 0
hệ số xét đến ảnh hưởng của lực nén dọc N
Trong quá trình tính toán thép đai dầm, do bước cốt đai quá lớn, chúng tôi đã lựa chọn phương án bố trí thép đai dầm tại khu vực L/4 gần cột với tiết diện a150, nhằm đảm bảo độ cứng và an toàn kết cấu Đối với vị trí giữa nhịp, thép đai được bố trí với tiết diện a200 để tối ưu hóa khả năng chịu tải và giảm thiểu nguy cơ xảy ra nứt nẻ Việc điều chỉnh bước cốt đai phù hợp giúp nâng cao hiệu quả chịu lực của dầm, đảm bảo tính khả thi và bền vững của công trình.
Bảng tính toán chọn thép đai cho dầm B32 tầng 3:
K.tra khả năng chịu cắt của BT
K.tra phá hoại ứng suất nén chính
0.3 -225.5 Bố trí đai cấu tạo 871 1340 267 150 ỉ10a150 1.09 0.83 Thỏa
8.2 281.49 Tính đai chịu cắt 559 1073 500 200 ỉ10a200 1.07 0.83 Thỏa
Dựa vào kết quả tớnh toỏn, sinh viờn chọn thộp đai ỉ10a150 bố trớ đoạn đầu dầm
(L/4) và ỉ10a200 bố trớ đoạn giữa dầm.
Tính toán vách, lõi thang
Tổng quát nhất, trên mặt cắt vuông góc trục vách có đầy đủ 5 thành phần nội lực:
N, Mx, My, Qx, Qy Khả năng chịu lực của vách phụ thuộc vào cùng lúc tất cả các thành phần nội lực trên
Việc tính toán đồng thời mômen và lực cắt tốn nhiều công sức và không phù hợp trong thực hành Các tiêu chuẩn xây dựng thường tách riêng quá trình tính toán mômen uốn và lực cắt để đơn giản hóa công việc Trong đó, mômen uốn và lực cắt theo phương mảnh của vách thường có giá trị không đáng kể và được bỏ qua trong các tính toán do cốt thép chịu trách nhiệm chính.
Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép hiện hành của Việt Nam (TCVN 5574:2012) chưa quy định rõ phương pháp tính toán vách dạng tấm Có thể áp dụng các quy định tính toán cột chịu nén uốn hoặc khả năng chịu lực trên tiết diện nghiêng như dầm và cột để xác định cốt thép dọc và cốt thép ngang cho vách Tuy nhiên, các phương pháp này chưa thể phản ánh chính xác hoạt động của vách trong thực tế.
Nội lực tác dụng lên vách
- Việc tính toán cốt thép dọc cho vách có thể sử dụng một số phương pháp tính thông dụng
+ Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi
+ Phương pháp giả thiết vùng biên chịu moment
+ Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác
Trong đồ án, chúng ta thực hiện tính toán cốt thép vách dựa trên phương pháp giả thiết vùng biên chịu momen, giúp xác định chính xác lực tác dụng và kích thước cốt thép cần thiết Sau đó, xây dựng biểu đồ tương tác để kiểm tra, đảm bảo tính an toàn và phần trăm chịu lực của vách Cấu tạo cốt thép vách cứng tuân thủ các quy định của tiêu chuẩn TCXD 198:1997 và TCVN 9386:2012, đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn xây dựng.
1.1 Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi:
Phương pháp này chia vách thành các phần tử nhỏ chịu lực kéo hoặc nén đúng tâm, đảm bảo ứng suất được phân bố đều trên mặt cắt ngang của từng phần tử Việc tính toán cốt thép cho từng phần tử riêng lẻ giúp nâng cao độ chính xác và tối ưu hóa kết cấu Sau đó, các kết quả này được kết hợp để bố trí cốt thép cho toàn bộ vách một cách hợp lý, đảm bảo tính chắc chắn và độ bền của công trình.
- Các giả thiết cơ bản khi tính toán:
+ Ứng lực kéo do cốt thép chịu, ứng lực nén do cả bê tông và cốt thép chịu
+ Bước 1: Xác định trục chính và moment quán tính chính trung tâm của vách + Bước 2: Chia vách thành những phần tử nhỏ
+ Bước 3: Xác định ứng suất trên mỗi phần tử, do giả thiết vật liệu đàn hồi nên ta dùng các công thức tính toán trong “Sức bền vật liệu”
Trong đó: k yi - tung độ điểm chịu nén lấy với trục quán tính chính
78 b - chiều dày tính cho một phía của tiết diện khi ứng suất tiếp được xác ci định tùy theo trường hợp cụ thể
S - Mô men tĩnh của tiết diện tính cho một phía kể từ điểm xác định ứng ci suất tiếp
A - Diện tích mặt cắt ngang phân tử
I - Mô men quán tính chính trung tâm x
+ Bước 4: Tính toán cốt thép
Diện tích cốt thép trong vùng nén được xác định từ điều kiện cân bằng ứng suất trên mặt cắt ngang
Diện tích cốt thép chịu kéo xác định theo công thức sau:
(các chỉ dẫn được trình bày cụ thể khi tính toán) + Bước 5: Kiểm tra hàm lượng cốt thép
Cốt thép được chọn và bố trí theo kết quả lớn hơn: A chọn = max(A’s;As)
Phương pháp này đơn giản, có thể áp dụng để tính toán cho các vách có hình dạng phức tạp: L, T, U hay tính lõi
1.2 Phương pháp giả thiết vùng biên chịu biên chịu moment:
Phương pháp này hướng đến việc thiết kế cốt thép trong vùng biên của hai đầu vách để chịu toàn bộ mô men uốn Đồng thời, lực dọc được giả thiết phân bố đều trên toàn tiết diện của vách, đảm bảo khả năng chịu lực tối đa và độ bền của kết cấu.
Các giả thiết cơ bản:
+ Ứng lực kéo do cốt thép chịu
+ Ứng lực nén do cả bê tông và cốt thép chịu
Trong bước đầu tiên, ta giả thiết rằng chiều dài B của vùng thiết kế chịu toàn bộ mô men Vách chịu lực dọc N cùng với mô men Mx được xem xét, trong đó mô men Mx tương đương với cặp ngẫu lực đặt ở hai vùng biên của vách.
+ Bước 2: Xác định lực kéo hoặc lực nén trong vùng biên:
A- Diện tích mặt cắt ngang vách
+ Bước 3: Tính diện tích cốt thép chịu nén, kéo (tương tự phương pháp 1)
Bước 4 kiểm tra hàm lượng cốt thép để đảm bảo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Nếu hàm lượng cốt thép không đạt tiêu chuẩn, cần tăng kích thước vùng biên (kích thước B) và tính lại thiết kế Chiều dài tối đa của vùng biên không vượt quá L/2; nếu vượt quá, phải tăng bề dày tường để đảm bảo độ an toàn và độ bền của cấu kiện.
Bước 5 yêu cầu kiểm tra phần tường còn lại giữa hai vùng biên để đảm bảo cấu kiện nén đúng tâm Nếu bê tông đã đủ khả năng chịu lực, cốt thép trong vùng này cần được bố trí theo hàm lượng min nhằm đảm bảo độ bền và an toàn của công trình.
- Phương pháp này tương tự phương pháp 1, chỉ khác ở chỗ tập trung toàn bộ lượng cốt thép chịu mô men ở đầu vách
- Phương pháp này thích hợp với trường hợp vách có tiết diện tăng cường ở hai đầu (bố trí cột ở hai đầu vách)
- Phương pháp này thiên về an toàn vì chỉ kể đến khả năng chịu mô men của một phần diện tích vách vùng viên
1.3 Phương pháp biểu đồ tương tác:
Phương pháp này dựa trên các giả thiết về quá trình làm việc của bê tông và cốt thép để xác định trạng thái chịu lực giới hạn (Nu, Mu) của vách Các trạng thái này hình thành một đường cong liên hệ giữa lực dọc N và mô men M tại trạng thái giới hạn, giúp phân tích hiệu quả khả năng chịu tải của vách bê tông cốt thép.
- Đây là phương pháp chính xác nhất, phản ánh đúng nhất sự làm việc của vách
Phương pháp này xem vách như một cấu kiện chịu nén lệch tâm, trong đó cốt thép được phân bố đều trên toàn tiết diện vách để tăng khả năng chịu lực Việc phân bổ cốt thép hợp lý giúp tối ưu hóa khả năng chịu nén lệch tâm của vách và đảm bảo độ bền cấu trúc khi chịu tác động lực Đây là phương pháp thiết kế quan trọng trong cấu trúc xây dựng nhằm nâng cao khả năng chịu lực của vách chắn, giúp công trình an toàn và ổn định hơn.
- Việc thiết lập biểu đồ tương tác đòi hỏi khối lượng tính toán lớn, phức tạp
2 Gán phần tử và lấy nội lực cho vách 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
Vì tính toán lõi theo quan điểm các vách trong lõi làm việc chung với nhau nên ta gán thuộc tính Pier như sau:
3 Tính toán phần tử Pier: Để tính toán vách lõi, ta phải hiểu rõ cáu tạo và chức làm việc của thép trong vách lõi
Cấu tạo vách lõi théo TCXD 375:2006, như sau:
Cấu tạo vách theo TCXD 375:2006
Thông số Thép dọc Thép ngang Điều
Hàm lượng thép min 0.4%Ac 0.2%Ac 5354 (13)p
Hàm lượng thép max 4%Ac 4%Ac 5354 (13)p Đường kính thép min 8mm 1/4Фdọc 5354 (15) Đường kính thép max 1/8bw 1/8bw 5345 (15)
Khoảng cách thép min 75mm 75mm 5345 (15)
Khoảng cách thép max min(3bw, 400) min(3bw, 400) 5345 (15) Hàm lượng thép gia cường vùng biên >=0.5% 4342 (10)
Thép đai phân bố theo cấu tạo, theo tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006, có thể sử dụng đai chữ C hoặc chữ S để đảm bảo kết cấu vững chắc Khoảng cách tối đa giữa các đai phụ thuộc vào hướng chịu lực, với khoảng cách theo phương đứng là tối thiểu (16Фdọc, 2bw), còn theo phương ngang là 2bw, nhằm nâng cao khả năng chịu lực và chống chấn hiệu quả.
4 Áp dụng tính toán thiết kế lõi thang:
Bê tông cấp độ bền chiệu nén B30:
Rb 17(MPa); R bt 1.2(MPa); E b 32.5 10 (MPa) 3
4.2 Xác định đặc trưng hình học của lõi:
Mặt bằng lõi thang (Pier2)
Lõi thang công trình gồm hai lõi thang đôi có kích thước bằng nhau, đối diện nhau trong công trình Để tiết kiệm thời gian và thuận tiện cho quá trình tính toán, ta chọn xác định tâm của lõi thang rồi thực hiện tính toán cho một lõi đôi và sau đó đối xứng qua để áp dụng cho lõi còn lại.
Sơ đồ chia phần tử xác định tâm lõi thang máy bên trái (Pier2)
Lưu ý, trong đó có các phần tử: 1; 18; 20; 37; 48; 49 có chiều dài khác so với các phần tử còn lại
Công thức tính toán moment tĩnh: i i i
S - Moment tĩnh của phần tử vách thứ i i
A - Diện tích của phần tử vách thứ i i y - Khoảng cách cánh tay đòn từ trọng tâm tiết diện của phần tử vách thứ I đến i trục tọa độ OXY
Kết quả tính toán moment tĩnh theo phương OX lõi:
Chiều dài L(mm) Ab(mm 2 ) xi(mm) Ai.xi yi(mm) Ai.yi
Từ kết quả tính toán ta xác định được trọng tâm lõi đối với trục OX:
Từ kết quả tính toán ta xác định được trọng tâm lõi đối với trục OY:
I - moment quán tính lấy với trục đi qua trọng tâm theo từng phần tử i oi
I - moment quán tính lấy với trục đi qua trọng tâm của lõi i
K - lượng chuyển trục của vách I với trọng tâm của lõi i
A - diện tích mặt cắt ngang của vách thứ i i
Tính moment quán tính lõi thang máy
Chiều dài L(mm) I xi (mm 4 ) I yi (mm 4 ) K xi (mm) K yi (mm) I x (mm 4 ) I y (mm 4 )
Ta có moment quán tính của cả lõi:
4.5 Tính toán thép dọc cho lõi:
Ta có hướng mặt định của hệ lõi vách trong hình minh họa sau
Trục tính toán Trong đó: T, M2, M3 lần lượt là moment xoắn quay quanh trục Z ( trục 1), uống quanh trục X ( trục 2), uống quanh trục Y ( trục 3) Được mặt định trong Etabs
Hệ lõi bao gồm tất cả các phần tử được gọi chung là Pier, là thành phần chính của cấu trúc Sau khi phân tích mô hình, ta có thể xác định nội lực hệ lõi chính xác, đảm bảo tính ổn định và an toàn công trình Kết quả phân tích nội lực được xuất sang Excel giúp dễ dàng tổng hợp và rà soát các dữ liệu quan trọng Việc lọc kết quả từ mô hình phân tích và chuyển sang Excel là bước quan trọng trong quy trình tính toán nội lực hệ lõi, hỗ trợ đưa ra các giải pháp thiết kế tối ưu.
Nội lực min, max, tương ứng Pier2 tầng 4
Với: N = P; Vx = V2; Vy = V3; Mx = M2; My = M3
4.5.2 Ví dụ tính toán cốt thép cho phần tử số 1 của vách Pier2 tầng 4:
Nội lực tính toán cho phần tử 1 Pier2
Sử dụng các công thức tính toán của sức bền vật liệu để tính ứng suất trong các vách của lõi:
Công thức tính: x y y max x max x y
88 x max y max y , y - lần lượt là khoảng cách từ trọng tâm lõi đến mép chịu kéo, nén:
x max y 1.9175 m ; yy max 1.903 m x y ci ci
S ,S - lần lượt là moment tĩnh của lõi lấy với trục X, Y đã được tính ở trên
S ci 9.54 10 mm 9.54(m ); S y ci 6.06 10 mm 9 3 6.06(m ) 3 b - chiều dày tính toán cho một phía của tiết diện c
A- Diện tích mặt cắt ngang của lõi
Từ các giá trị ở trên ta có:
Ta thấy max max (9908.69 1039.4) ta không cần kiển tra cho phần tử ở trạng thái phẳng
Trong một phần tử chỉ có thể chịu nén hoặc kéo, nhưng do số lượng tính toán lớn và nhiều phần tử ở các vị trí khác nhau, việc xác định chính xác phương chịu kéo hoặc nén là rất khó khăn Để thuận tiện cho quá trình tính toán, sinh viên thực hiện tính cả lực kéo và lực nén trong cùng một phần tử, sau đó so sánh và chọn ra giá trị lớn nhất để đảm bảo độ chính xác trong phân tích kết cấu.
4.5.3 Diện tích cốt thép chịu nén được tính từ điều kiện cân bằng ứng suất sau:
4.5.4 Diện tích cốt thép chịu kéo được xác định theo công thức:
Có A ' s A s nên ta lấy As để bố trí thép
4.5.5 Diện tích thép cho tất cả trường hợp tải của phần tử 1 Pier2 tầng 4:
Tầng Phần tử Trường hợp tải Diện tích thép nén Diện tích thép kéo
Ta chọn trường hợp có diện tích thép lớn nhất để chọn thép cho cả phần tử:
Trong một phần tử 300x300mm cần As = 520.92(mm 2 )
Chọn 4 14 , As 615.44 mm 2 bố trí theo 2 mặt của vách, mỗi bên 2 thanh khoảng cách giữa các thanh là 150 mm
4.6 Tính toán thép ngang (đai) cho vách lõi:
Trong thiết kế kết cấu, cốt thép đai được đặt theo cấu tạo và lựa chọn cốt thép nằm ngang không vượt quá 0.25% của cốt thép dọc đối với các khu vực có động đất yếu, và không vượt quá 0.4% đối với các khu vực chịu ảnh hưởng của động đất trung bình và mạnh Việc bố trí đều cốt đai, sử dụng thép có đường kính ϕ10mm với khoảng cách 200mm, giúp tăng tính liên kết, chống nứt và đảm bảo khả năng chịu lực của kết cấu trong điều kiện động đất.