Chiếu sáng nhân tạo: Được tạo ra từ hệ thống điện chiếu sáng theo tiêu chuẩn Việt Nam về thiết kết điện chiếu sáng trong công trình dân dụng.. GIẢI PHÁP KẾT CẤU PHẦN THÂN Giải pháp kết
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH
Quy mô công trình
Công trình dân dụng cấp 2 ( 5000m 2 ≤ Ssàn ≤ 10000m 2 hoặc 8 ≤ số tầng ≤20)
Công trình có: 1 tầng hầm, 1 tầng bán hầm, 20 tầng nổi và 1 tầng thượng
Cao độ chuẩn được chọn tại mặt đất tự nhiên : +0.00 m
Cao độ nền tầng trệt so với cao độ MĐTN : +1.10 m
Cao độ mặt tầng hầm 2 so với MĐTN : -5.90 m
Cao độ sàn mái so với cao độ MĐTN : +77 m
Công trình chung cư xây dựng với diện tích mặt bằng : 42.50 x 28.0 m 2
Diện tích mặt bằng tầng hầm : 42.50 x 28.0 m 2
Tầng hầm : Sử dụng cho việc bố trí các phòng kỹ thuật và đỗ xe
Tầng bán hầm và trệt : Khu thương mại
Tầng 2-20 : Bố trí các căn hộ phục vụ cho nhu cầu ở, và sinh hoạt riêng
Tầng mái : Bố trí các khối kỹ thuật và sân thượng
Hình 1.1: Mặt bằng tầng điển hình
GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
Mặt bằng có dạng hình chữ nhật với diện tích khu đất là 40x60 (m)
Tầng hầm nằm ở cao độ -5.9 m, được thiết kế với một ram dốc từ mặt đất lên đến nền tầng hầm, đảm bảo thuận tiện cho việc di chuyển xe cộ Hệ thống gồm một lối vào và một lối ra riêng biệt giúp tăng tính linh hoạt và an toàn trong quản lý giao thông nội bộ Do chức năng chính của công trình là cho thuê căn hộ, phần lớn diện tích tầng hầm được dành để để xe tiện lợi, đồng thời bố trí rãnh thoát nước và các phòng kỹ thuật hợp lý nhằm tối ưu hóa không gian, tạo môi trường thoáng mát và dễ chịu cho khu vực hầm để xe.
Hệ thống cầu thang bộ và thang máy bố trí sao cho người sử dụng dễ dàng nhìn thấy khi đi vào tầng hầm
Tầng bán hầm và trệt được coi là khu sinh hoạt chung của toàn khối nhà và được trang trí đẹp mắt, tạo không gian tiện nghi, thân thiện cho cư dân Phòng quản lý cao ốc nằm ở vị trí dễ tiếp cận, giúp khách hàng và cư dân thuận tiện trong việc liên lạc và hỗ trợ mọi vấn đề liên quan đến dịch vụ nhà ở.
Tầng 2 đến 20, đây là mặt bằng cho thấy rõ nhất chức năng của khối nhà, các căn hộ được bố trí hợp lí bao quanh khu giao thông chính là thang máy và cầu thang bộ Ở mỗi tầng có bố trí khu đựng rác sinh hoạt và khu kỹ thuật điện
Sử dụng, khai thác triệt để nét hiện đại với cửa kính lớn, tường ngoài được hoàn thiện bằng sơn nước
Những nét ngang và thẳng đứng góp phần tạo nên vẻ bề thế vững chắc cho công trình Việc sử dụng các vật liệu mới như đá granite cho mặt đứng công trình nâng cao tính thẩm mỹ và độ bền Đồng thời, các mảng kính dày màu xanh mang lại vẻ sang trọng và hiện đại cho kiến trúc, đáp ứng tiêu chuẩn SEO về vật liệu xây dựng và thiết kế kiến trúc.
Giải pháp giao thông trong công trình
Hệ thống giao thông liên kết giữa các tầng trong tòa nhà bao gồm 2 thang máy và 2 cầu thang bộ hành, đảm bảo kết nối thuận tiện theo phương đứng và hỗ trợ thoát hiểm trong trường hợp có sự cố.
Phần diện tích cầu thang bộ được thiết kế đảm bảo khả năng thoát người nhanh chóng và an toàn trong các tình huống khẩn cấp Thang máy được đặt ở vị trí trung tâm nhằm tối ưu hóa khoảng cách từ các khu vực khác, không quá 30 mét, giúp việc đi lại hàng ngày thuận tiện cho cư dân Thiết kế này còn đảm bảo khoảng cách an toàn, tạo điều kiện nhanh chóng để thoát người trong trường hợp xảy ra sự cố, nâng cao cả tiêu chuẩn an toàn cho toàn công trình.
Hệ thống hành lang giữa quanh khu vực thang đứng tại mỗi tầng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo lưu thông theo phương ngang, giúp kết nối thuận tiện và ngắn nhất đến từng căn hộ Giải pháp này tối ưu hóa sự tiện lợi và hiệu quả trong di chuyển nội bộ, góp phần nâng cao trải nghiệm cư dân.
GIẢI PHÁP KẾT CẤU CỦA KIẾN TRÚC
Hệ kết cấu của công trình là hệ kết cấu khung BTCT toàn khối
Cầu thang bằng bê tông cốt thép
Tường bao che dày 200mm, tường ngăn dày 100mm
Phương án móng dùng phương án móng sâu.
CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT KHÁC
Hệ thống điện
Công trình sử dụng điện được cung cấp từ hai nguồn chính là lưới điện thành phố và máy phát điện riêng, đảm bảo tính liên tục và an toàn cho hệ thống Toàn bộ đường dây điện được đi ngầm, vừa tiết kiệm không gian, vừa tạo tính thẩm mỹ cho tổng thể công trình Hệ thống cấp điện chính được lắp đặt trong các hộp kỹ thuật ngầm dưới tường, đảm bảo an toàn tuyệt đối và không đi qua các khu vực ẩm ướt, thuận tiện cho việc bảo trì và sửa chữa khi cần thiết.
Hệ thống cấp thoát nước
Nguồn nước cấp được chọn là nguồn nước chung cho toàn thành phố, đảm bảo khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng nước hàng ngày Việc tính toán kỹ lưỡng giúp xác định lượng nước cần thiết, đồng thời đảm bảo vệ sinh nguồn nước để duy trì an toàn sức khỏe cho cộng đồng Chọn nguồn nước phù hợp góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ cấp nước, đảm bảo sự ổn định và bền vững cho hệ thống phân phối nước đô thị.
Hệ thống cấp nước sinh hoạt và chữa cháy được thiết kế tích hợp vào công trình bằng hệ thống bơm đẩy dẫn nước lên hai bể chứa tạo áp lực Dung tích của các bể chứa được xác định dựa trên số lượng người sử dụng và lượng nước dự trữ cần thiết để đảm bảo an toàn trong các trường hợp mất điện hoặc xảy ra sự cố chữa cháy.
Hệ thống thoát nước mưa giúp nhẹ nhàng dẫn nước mưa từ mái nhà xuống đất thông qua các ống nhựa đặt tại vị trí thu nước mái chính Nước mưa sau đó chảy qua hệ thống ống dẫn vào rãnh thu nước quanh nhà và tiếp tục đi vào hệ thống thoát nước chung của thành phố, đảm bảo không gây ùn tắc hoặc đọng nước Việc lắp đặt hệ thống thoát nước mưa hiệu quả giúp bảo vệ kiến trúc, hạn chế rỉ sét và ngập úng vào mùa mưa.
Hệ thống thoát nước thải sinh hoạt dẫn nước thải từ khu vệ sinh về bể tự hoại để tiến hành xử lý nhằm giảm thiểu ô nhiễm Sau quá trình làm sạch trong bể tự hoại, nước thải được dẫn vào hệ thống thoát nước chung của thành phố, đảm bảo vệ sinh môi trường Đường ống thoát nước phải kín, không rò rỉ, và có độ dốc phù hợp để đảm bảo dòng chảy thuận lợi và hiệu quả.
Hệ thống thông gió
Giải pháp thông gió nhân tạo ( nhờ hệ thống máy điều hòa nhiệt độ) được ưu tiên sử dụng vì vấn đề ô nhiễm không khí của toàn khu vực
Về quy hoạch, khu vực xung quanh công trình được trồng hệ thống cây xanh nhằm dẫn gió tự nhiên, che nắng, chắn bụi và điều hòa không khí Việc thiết kế này tạo ra môi trường trong lành, thoáng mát, nâng cao chất lượng cuộc sống cho cư dân Hệ thống cây xanh không chỉ giúp giảm nhiệt và bụi bẩn mà còn tạo cảnh quan xanh tươi, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao giá trị của dự án.
Các phòng trong công trình được thiết kế with hệ thống cửa sổ, cửa đi, và ô thoáng, giúp tối ưu hóa lưu thông không khí trong và ngoài không gian Thiết kế này đảm bảo môi trường không khí luôn thoáng mát, trong lành, tạo điều kiện sinh hoạt tốt nhất cho cư dân.
Hệ thống chiếu sáng
Kết hợp ánh sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo
Các phòng được thiết kế với hệ thống cửa tiện lợi để tận dụng tối đa ánh sáng tự nhiên từ bên ngoài, giúp không gian trở nên sáng sủa và thoáng đãng Ngoài ra, hệ thống ánh sáng nhân tạo được tích hợp để đảm bảo đủ sáng trong phòng vào mọi thời điểm, mang lại môi trường sinh hoạt và làm việc lý tưởng.
Chiếu sáng nhân tạo: Được tạo ra từ hệ thống điện chiếu sáng theo tiêu chuẩn Việt Nam về thiết kết điện chiếu sáng trong công trình dân dụng.
Hệ thống phòng cháy chữa cháy
Hệ thống hệ thống hộp cứu hỏa cần được lắp đặt tại mỗi tầng và các nút giao thông giữa hành lang và cầu thang để đảm bảo an toàn cháy nổ Các hệ thống này phải kết nối trực tiếp với nguồn nước chữa cháy, giúp phát hiện và xử lý sự cố kịp thời Mỗi tầng cần có biển chỉ dẫn rõ ràng về vị trí phòng và thiết bị chữa cháy để người dân dễ dàng tiếp cận khi cần Đồng thời, mỗi tầng nên lắp đặt 4 bình cứu hỏa CO2 MFZ4 (mỗi bình 4kg) được bố trí thành 2 hộp đặt hai bên khu vực phòng, đảm bảo công tác phòng cháy chữa cháy hiệu quả.
Hệ thống chống sét
Hệ thống thu sét chủ động quả cầu Dynasphire được lắp đặt trên tầng mái nhằm bảo vệ công trình khỏi nguy cơ bị sét đánh Kết hợp với hệ thống dây nối đất bằng đồng, giải pháp này đảm bảo tối đa hóa hiệu quả chống sét, giảm thiểu thiệt hại do sét gây ra Việc sử dụng hệ thống thu sét hiện đại giúp nâng cao mức độ an toàn và bảo vệ tài sản của bạn một cách tối ưu.
Hệ thống thoát rác
Mỗi tầng đều có các khu chứa rác riêng biệt, giúp quản lý và phân loại rác thải hiệu quả Rác sau đó được chuyển đến các xe đổ rác của thành phố để vận chuyển đi xử lý Gian rác được thiết kế kín đáo và xử lý kỹ lưỡng nhằm ngăn mùi hôi thoát ra, giữ gìn vệ sinh và bảo vệ môi trường.
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
GIẢI PHÁP KẾT CẤU PHẦN THÂN
Giải pháp kết cấu theo phương đứng
Hệ kết cấu chịu lực thẳng đứng đóng vai trò quan trọng trong các công trình nhà nhiều tầng vì giúp tạo thành hệ khung cứng phối hợp với dầm, sàn để nâng đỡ các phần không chịu lực của toàn bộ công trình Nhờ đó, hệ kết cấu này góp phần tạo nên không gian bên trong nhà rộng rãi, đáp ứng tốt các nhu cầu sử dụng của cư dân.
+ Tiếp nhận tải trọng từ sàn – dầm để truyền xuống móng, xuống nền đất
+ Tiếp nhận tải trọng ngang tác dụng lên công trình ( phân phối giữa các cột, vách và truyền xuống móng)
Kết cấu chịu lực theo phương thẳng đứng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của toàn bộ công trình Nó giúp hạn chế dao động, giảm gia tốc đỉnh và chuyển vị đỉnh, góp phần nâng cao độ an toàn và bền vững cho công trình xây dựng.
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, hệ giằng liên tầng và hệ khung ghép Những loại hệ này đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường độ bền và khả năng chịu lực của công trình xây dựng Việc lựa chọn và thiết kế các hệ kết cấu đặc biệt đảm bảo tính ổn định, an toàn, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của dự án Hệ kết cấu này đặc biệt phù hợp cho các công trình có quy mô lớn, yêu cầu tính vững chắc cao và khả năng thích ứng với các điều kiện môi trường phức tạp.
Mỗi loại kết cấu đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng phù hợp với quy mô và yêu cầu thiết kế của từng công trình Việc lựa chọn giải pháp kết cấu cần xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo phù hợp với đặc thù dự án, nhằm tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và kỹ thuật Chọn đúng loại kết cấu giúp nâng cao tính bền vững, an toàn và tiết kiệm chi phí cho công trình.
Hệ kết cấu khung có ưu điểm tạo ra những không gian lớn, linh hoạt và sơ đồ làm việc rõ ràng, phù hợp với các công trình cao đến 20 tầng trong vùng chống động đất dưới cấp 7 Tuy nhiên, hệ kết cấu này kém khả năng chịu tải trọng ngang, đặc biệt đối với công trình cao hoặc nằm trong vùng có cấp động đất lớn Do đó, việc sử dụng hệ kết cấu khung thích hợp cho các công trình cao tầng trong vùng hạn chế về động đất, như tối đa 15 tầng với cấp chống động đất cấp 8 và 10 tầng trong vùng cấp 9.
Hệ kết cấu khung – vách và khung – lõi là lựa chọn phổ biến trong thiết kế nhà cao tầng nhờ khả năng chịu lực ngang tốt Tuy nhiên, hệ kết cấu này đòi hỏi lượng vật liệu lớn hơn và quá trình thi công phức tạp hơn so với các loại hệ kết cấu khác.
Hệ kết cấu ống tổ hợp là giải pháp lý tưởng cho các công trình siêu cao tầng nhờ khả năng phân bố tải trọng đồng đều, đảm bảo độ bền vững của kết cấu Ngoài ra, hệ thống này còn có khả năng chống chịu các lực ngang rất lớn, giúp nâng cao khả năng ổn định và an toàn cho các tòa nhà cao tầng Việc sử dụng kết cấu ống tổ hợp không những tối ưu hóa về mặt kỹ thuật mà còn phù hợp với nhiều dự án quy mô cao, đáp ứng tiêu chí về độ bền và tính ứng dụng trong xây dựng hiện đại.
=> Căn cứ vào quy mô công trình (20 tầng nổi, 1 bán hầm và 1 hầm), tỉ số L/B = 42.5/28
=1.518 ≤ 6, tỉ số B/H= 28/77 = 0.364 ≤ 5, địa điểm xây dựng tại Quận 7 (tra cứu QCXDVN 02:2008/BXD và TCVN 198:1997) nơi chịu động đất cấp 7 theo thang MSK-64 và áp lực gió
Wo = 83kG/m 2 Sinh viên sử dụng hệ chịu lực khung–vách hỗn hợp làm hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng cho công trình
Giải pháp kết cấu theo phương ngang
Trong việc bố trí hệ chịu lực, nguyên tắc hàng đầu là đơn giản và rõ ràng để đảm bảo độ tin cậy của công trình hoặc kết cấu luôn được kiểm soát chặt chẽ Các kết cấu thuần khung thường dễ kiểm soát hơn về mặt độ tin cậy so với hệ kết cấu vách hoặc khung vách, do đó chúng ít nhạy cảm hơn với biến dạng Việc tuân thủ nguyên tắc này giúp tăng tính ổn định và an toàn của công trình trong quá trình thi công và sử dụng.
Truyền lực theo con đường ngắn nhất đảm bảo tính hợp lý và tiết kiệm trong kết cấu công trình Đối với kết cấu bê tông cốt thép, cần ưu tiên thiết kế các cấu kiện chịu nén để tối ưu hóa khả năng chịu lực Tránh sử dụng các kết cấu chịu kéo nhằm giảm thiểu tải trọng không cần thiết và tăng tính bền vững của công trình Đồng thời, cần tạo điều kiện chuyển đổi lực uốn trong khung thành lực dọc để đảm bảo tính linh hoạt và ổn định của cấu trúc bê tông cốt thép.
Các loại kết cấu sàn đang được sử dụng rộng rãi hiện nay gồm:
Hệ dầm và bản sàn là thành phần chính của cấu tạo công trình Ưu điểm nổi bật của loại cấu tạo này là tính toán đơn giản, giúp tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình thiết kế và thi công Ngoài ra, loại cấu tạo này được sử dụng phổ biến tại Việt Nam nhờ công nghệ thi công phong phú và đa dạng, tạo điều kiện thuận lợi trong việc lựa chọn phương pháp thi công phù hợp với dự án.
Nhược điểm của bản sàn có chiều cao dầm lớn và độ võng lớn khi vượt khẩu độ lớn, điều này dẫn đến chiều cao tầng của công trình tăng lên đáng kể Ngoài ra, cấu kiện này không mang lại sự tiết kiệm không gian sử dụng, gây ảnh hưởng đến khả năng tối ưu hóa không gian trong thiết kế xây dựng.
Cấu tạo của hệ thống gồm các bản kê trực tiếp lên cột, giúp giảm chiều cao kết cấu và tiết kiệm không gian sử dụng Ưu điểm nổi bật của phương án này là dễ dàng phân chia không gian và thi công nhanh hơn so với phương án sàn dầm, vì không cần gia công cốp pha và cốt thép phức tạp Việc lắp dựng ván khuôn và cốp pha trở nên đơn giản hơn, góp phần tối ưu hóa quá trình thi công xây dựng.
Phương án này có nhược điểm là các cột không 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 tải trọng ngang do vách chịu và tải trọng đứng do cột và vách đảm nhiệm Để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủng, sàn cần có chiều dày lớn hơn, dẫn đến tăng khối lượng sàn.
Sàn không dầm ứng lực trước
Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột, giúp giảm chiều dày và độ võng sàn, từ đó giảm chiều cao công trình và tiết kiệm không gian sử dụng Cốt thép được ứng lực trước để tăng cường khả năng chịu lực của sàn, mang lại sự vững chắc và độ bền cao cho công trình Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là giúp phân chia không gian các khu chức năng dễ dàng hơn, tối ưu hóa công năng và tạo thuận lợi trong thiết kế kiến trúc.
Nhược điểm: Tính toán phức tạp Thi công đòi hỏi thiết bị chuyên dụng
Cấu tạo của hệ dầm kết cấu gồm các tấm panel được sản xuất trong nhà máy, sau đó vận chuyển đến công trường để lắp dựng Quá trình thi công bao gồm việc rải cốt thép và đổ bê tông nhằm hoàn thiện kết cấu Ưu điểm nổi bật của hệ dầm kết cấu là khả năng vượt nhịp lớn, giúp mở rộng không gian nội thất, thời gian thi công nhanh, tiết kiệm vật liệu và giảm chi phí xây dựng.
Nhược điểm: Kích thước cấu kiện lớn, quy trình tính toán phức tạp
GIẢI PHÁP VẬT LIỆU
Vật liệu xây dựng cần có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, chống cháy tốt
Vật liệu có tính biến dạng cao giúp bổ sung khả năng chịu lực của cấu trúc, đặc biệt khi vật liệu chính có giới hạn về độ bền Đồng thời, vật liệu có tính thoái biến thấp đảm bảo hiệu quả trong việc chịu tác động của các tải trọng lặp lại như động đất và gió bão, nâng cao độ bền và độ ổn định của công trình trong điều kiện khắc nghiệt.
Vật liệu có tính liền khối cao giúp tối ưu hóa cấu trúc công trình bằng cách liên kết chặt chẽ các bộ phận, hạn chế tách rời và tăng tính ổn định Nhờ đặc điểm này, vật liệu phù hợp cho các công trình có tính chất lặp lại, đảm bảo độ bền và độ chính xác cao Ngoài ra, việc sử dụng vật liệu có tính liền khối còn giúp giảm chi phí xây dựng, mang lại giải pháp kinh tế và hiệu quả cho dự án.
Trong ngành xây dựng hiện nay, vật liệu thép và bê tông cốt thép là những lựa chọn hàng đầu nhờ vào tính dễ chế tạo và nguồn cung dồi dào Ngoài ra, các loại vật liệu mới như vật liệu liên hợp thép – bê tông (composite) và hợp kim nhẹ đang ngày càng được khám phá, nhưng vẫn chưa phổ biến do công nghệ chế tạo còn mới và giá thành còn cao.
Do đó, sinh viên lựa chọn vật liệu xây dựng công trình là bê tông cốt thép.
GIẢI PHÁP KẾT CẤU NỀN MÓNG
Thông thường, phần móng nhà cao tầng phải chịu một lực nén lớn, vì thế các giải pháp móng được đề xuất gồm:
Dùng giải pháp móng sâu thông thường: móng cọc ép, cọc khoan nhồi, cọc bê tông ly tâm dự ứng lực, móng cọc barrettes…
Dùng giải pháp móng bè hoặc móng băng trên nền cọc
Dựa trên phạm vi công trình và điều kiện địa chất khu vực xây dựng, sinh viên đề xuất phương án móng cọc khoan nhồi để đảm bảo kết cấu vững chắc và phù hợp với đặc điểm địa chất.
Bảng 2.1: Bê tông sử dụng
STT Cấp độ bền Kết cấu sử dụng
1 Bê tông cấp độ bền B30: Rb = 17 Mpa;
Nền tầng trệt, cầu thang, lanh tô, trụ tường, móng, cột, dầm, sàn, bể nước
2 Vữa xi măng cát B5C Vữa xi măng xây, tô trát tường nhà
Bảng 2.2: Cốt thép sử dụng
STT Cấp độ bền Kết cấu sử dụng
1 Thép AI (ϕ ≤ 8): Rs = Rsc = 225 MPa;
Cốt thép đai, thép treo, thép sàn có ϕ ≤ 8
2 Thép AIII (ϕ > 8): Rs = Rsc = 365MPa;
Rsw = 290MPa ; Es = 20.10 4 MPa Cốt thép dọc dầm, cột có ϕ > 8
Lớp bê tông bảo vệ cho cốt thép dọc chịu lực cần có chiều dày tối thiểu không nhỏ hơn đường kính cốt thép hoặc dây cáp, đảm bảo chống ăn mòn hiệu quả Đối với các loại cốt thép không ứng lực trước, ứng lực trước hoặc ứng lực trước kéo trên bệ, yêu cầu về độ dày lớp bê tông bảo vệ phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật để đảm bảo độ bền và ổn định của cấu trúc Việc xác định đúng chiều dày lớp bê tông bảo vệ là yếu tố quan trọng trong quy trình thi công nhằm đảm bảo tuổi thọ và an toàn cho công trình.
Trong bản và tường có chiều dày trên 100mm : 15mm (20mm);
Trong dầm và dầm sườn có chiều cao ≥ 250mm : 20mm (25mm);
Toàn khối khi có lớp bê tông lót : 35mm;
Toàn khối khi không có lớp bê tông lót : 70mm;
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cho cốt thép đai, cốt thép phân bố và cốt thép cấu tạo phải lớn hơn hoặc bằng đường kính của chính các cốt thép này Việc đảm bảo chiều dày phù hợp giúp bảo vệ cốt thép khỏi tác động của môi trường và duy trì độ bền của kết cấu Khi thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép, cần tuân thủ các tiêu chuẩn về chiều dày lớp bảo vệ nhằm đảm bảo an toàn và tuổi thọ cho công trình.
Khi chiều cao tiết diện cấu kiện nhỏ hơn 250mm : 10mm (15mm);
Khi chiều cao tiết diện cấu kiện từ 250mm trở lên : 15mm (20mm);
CHÚ THÍCH: giá trị trong ngoặc ( ) cho kết cấu ngoài trời hoặc những nơi ẩm ướt (trích TCVN 5574:2012 – Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - điều 8.3).
BỐ TRÍ HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC
Nguyên tắc bố trí kết cấu chịu lực
Bố trí hệ chịu lực cần ưu tiên những nguyên tắc sau:
+ Truyền lực theo con đường ngắn nhất
+ Đảm bảo sự làm việc không gian của hệ kết cấu.
Sơ bộ kích thước tiết diện
2.5.2.1 Sơ bộ chọn tiết diện dầm khung
Kích thước tiết diện dầm được xác định sơ bộ dựa trên nhịp dầm, theo hướng dẫn của sổ tay kết cấu thực hành công trình của PGS.PTS Vũ Mạnh Hùng Việc tính toán này nhằm đảm bảo thông thủy cần thiết trong chiều cao tầng và đảm bảo khả năng chịu lực của dầm Đây là bước quan trọng để đảm bảo kết cấu công trình đảm bảo an toàn và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.
Chọn kích thước dầm chính nhịp 9.5 m là 300 x 700mm
Chọn kích thước dầm phụ nhịp 9.5m là 300 × 500mm
2.5.2.2 Sơ bộ chọn 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 tải trọng phân bố trên 1m 2 sàn thứ i (tĩnh tải + hoạt tải)
Si - diện tích truyền tải xuống tầng thứ i
+ k =11.5-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 = 365 (MPa) – cường độ chịu nén tính toán của thép AIII;
+ μ = (1 4)% - hàm lượng cốt thép trong cột khi xét động đất theo TCXDVN 9386:2012
Bảng 2.3: Kích thước cột trong
Tầng S truyền tải q N k F tt b x h F chọn m 2 kN/m 2 (kN) mm 2 (mm) cm 2
Tầng hầm 2 78.625 14 24871 1.1 15962.16 1200x1400 16800 Tầng bán hầm 78.625 14 23740.5 1.1 15172.71 1200x1400 16800 Tầng trệt 78.625 14 22610 1.1 14414.07 1200x1400 16800 Tầng 2 78.625 14 21479.5 1.1 13655.44 1200x1400 16800 Tầng 3 78.625 14 20349 1.1 12896.80 1200x1400 16800 Tầng 4 78.625 14 19218.5 1.1 12138.16 1200x1400 16800 Tầng 5 78.625 14 18088 1.1 11379.53 1000x1200 12000 Tầng 6 78.625 14 16957.5 1.1 10620.89 1000x1200 12000 Tầng 7 78.625 14 15827 1.1 9862.26 1000x1200 12000 Tầng 8 78.625 14 14696.5 1.1 9103.62 1000x1200 12000 Tầng 9 78.625 14 13566 1.1 8344.99 1000x1200 12000 Tầng 10 78.625 14 12435.5 1.1 7586.35 800x1000 8000 Tầng 11 78.625 14 11305 1.1 6827.72 800x1000 8000 Tầng 12 78.625 14 10174.5 1.1 6069.08 800x1000 8000 Tầng 13 78.625 14 9044 1.1 5310.45 800x1000 8000 Tầng 14 78.625 14 7913.5 1.1 4551.81 800x1000 8000 Tầng 15 78.625 14 6783 1.1 3793.18 600x800 4800 Tầng 16 78.625 14 5652.5 1.1 3034.54 600x800 4800 Tầng 17 78.625 14 4522 1.1 2275.91 600x800 4800 Tầng 18 78.625 14 3391.5 1.1 1517.27 600x800 4800 Tầng 19 78.625 14 2261 1.1 1197.70 600x800 4800 Tầng 20 78.625 14 1130.5 1.1 758.64 600x800 4800
Bảng 2.4: Kích thước cột biên
Tầng hầm 2 40.37 14 13016.80 1.2 7326.35 900×900 8100 Tầng bán hầm 40.37 14 12896.80 1.2 7586.35 900×900 8100 Tầng trệt 40.37 14 12251.96 1.2 7207.04 900×900 8100 Tầng 2 40.37 14 11607.12 1.2 6827.72 900×900 8100 Tầng 3 40.37 14 10962.28 1.2 6448.40 900×900 8100 Tầng 4 40.37 14 10317.44 1.2 6069.08 900×900 8100 Tầng 5 40.37 14 9672.60 1.2 5689.76 800×800 6400 Tầng 6 40.37 14 9027.76 1.2 5310.45 800×800 6400 Tầng 7 40.37 14 8382.92 1.2 4931.13 800×800 6400 Tầng 8 40.37 14 7738.08 1.2 4551.81 800×800 6400 Tầng 9 40.37 14 7093.24 1.2 4172.49 800×800 6400 Tầng 10 40.37 14 6448.40 1.2 3793.18 700×700 4900 Tầng 11 40.37 14 5803.56 1.2 3413.86 700×700 4900 Tầng 12 40.37 14 5158.72 1.2 3034.54 700×700 4900 Tầng 13 40.37 14 4513.88 1.2 2655.22 700×700 4900 Tầng 14 40.37 14 3869.04 1.2 2275.91 700×700 4900 Tầng 15 40.37 14 3224.20 1.2 1896.59 500×500 2500 Tầng 16 40.37 14 2579.36 1.2 1517.27 500×500 2500 Tầng 17 40.37 14 1934.52 1.2 1137.95 500×500 2500 Tầng 18 40.37 14 1289.68 1.2 758.64 500×500 2500 Tầng 19 40.37 14 644.84 1.2 379.32 500×500 2500 Tầng 20 40.37 14 562.49 1.2 281.26 500×500 2500
Hình 2.1: Mặt bằng bố trí cột tầng điển hình
2.5.2.3 Sơ bộ chọn tiết diện vách và lõi thang máy
Chiều dày vách của lõi cứng được lựa chọn sơ bộ dựa vào chiều cao tòa nhà và số tầng, đảm bảo phù hợp với các quy định tại điều 3.4.1 - TCXD 198:1997 Việc xác định chiều dày vách cần tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật để đảm bảo an toàn và khả năng chịu lực của tòa nhà Lựa chọn kỹ càng giúp tối ưu hóa cấu trúc, vừa đảm bảo tính ổn định, vừa tiết kiệm vật liệu và chi phí xây dựng.
Chiều dày vách đổ toàn khối chọn không nhỏ hơn 200mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều cao tầng
Chiều dày vách biên chống xoắn của công trình là 300mm, giúp tăng khả năng chống xoắn hiệu quả Vách bao ngoài của lõi thang máy và thang bộ cũng có chiều dày 300mm, cùng với vách ngăn trong lõi thang đều đạt tiêu chuẩn này để đảm bảo độ bền vững Chiều dài các vách được chọn phù hợp nhằm tối ưu hóa khả năng chống xoắn của công trình, được thiết kế và kiểm tra trên phần mềm Robot Structural để đảm bảo tính chính xác và an toàn kỹ thuật.
Tổng diện tích mặt cắt ngang của vách (lõi) cứng có thể xác định theo công thức gần đúng sau: A vl 0.015A si với Asi – diện tích sàn từng tầng
2.5.2.4 Sơ bộ chiều dày sàn Đặt hs là chiều dày của bản sàn phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên bản sàn và đặc trưng làm việc của bản sàn, ngoài ra h s h min
Theo TCVN 5574-2012 (điều 8.2.2), chiều dày tối thiểu của sàn được quy định như sau: đạt tối thiểu 40mm cho sàn mái, 50mm cho sàn nhà ở và công trình công cộng, 60mm cho sàn giữa các tầng của nhà sản xuất, và 70mm đối với bản làm từ bê tông nhẹ cấp B7.5 hoặc thấp hơn.
Chiều dày sàn được xác định dựa trên nhịp và tải trọng tác dụng, đảm bảo an toàn và độ bền vững của kết cấu Để sơ bộ tính toán chiều dày sàn, có thể sử dụng công thức đơn giản: \( s \approx \frac{1}{h} \times D \times l \), trong đó h, D, và l lần lượt thể hiện các yếu tố về nhịp và tải trọng Việc lựa chọn chiều dày phù hợp không chỉ giúp đảm bảo khả năng chịu lực mà còn tối ưu hóa chi phí thi công và vật liệu Áp dụng công thức này một cách chính xác giúp kỹ sư xây dựng đưa ra giải pháp thiết kế sàn phù hợp, nâng cao độ bền và an toàn cho công trình.
Trong đó: D0.8 1.4 phụ thuộc vào tải trọng m 30 35 sàn 1 phương (l 2 2l 1 ) m40 50 sàn 2 phương (l 2 2l 1 ) m 10 15 bản consol l 1 : Nhịp theo phương cạnh ngắn
Do hệ lưới cột lớn (8.5 x 9,5)m nên ta bố trí hệ thống dầm phụ chia nhỏ các ô bản Dùng ô sàn có cạnh ngắn lớn nhất: s 1
Chọn chiều dày sàn tầng điển hình và sàn tầng hầm: hs = 150 (mm)
THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Quy tắc thông thường để tính toán diện tích cốt thép cho sàn bê tông cốt thép là xác định nội lực (momen uốn) và giải bài toán tính toán diện tích cốt thép phù hợp với cấu kiện chịu uốn Một phương pháp phổ biến được sử dụng để xác định nội lực trong sàn là tra bảng, cung cấp dữ liệu tại các điểm đặc trưng dựa trên loại liên kết và tỷ lệ giữa các cạnh của ô bản Tuy nhiên, trong thực tế thiết kế, sàn thường đặt lên các dầm có độ cứng hữu hạn dẫn đến chuyển vị dưới tác dụng của tải trọng, gây ra hai vấn đề vượt quá phạm vi tra bảng và làm phức tạp quá trình tính toán.
Trong quá trình lập bảng tra, liên kết của các ô bản không phải lúc nào cũng là liên kết lý tưởng như giả thiết ban đầu Mặc dù nhiều người quan niệm rằng các ô bản làm việc độc lập với nhau, giống như các ô bản đơn, nhưng thực tế các ô này lại có ảnh hưởng lẫn nhau theo kiểu ô bản liên tục, gây ảnh hưởng đến tính chính xác và hiệu quả của dữ liệu.
Việc xét ô bản đơn chỉ mang tính cục bộ, chưa xem xét ảnh hưởng của độ cứng của các kết cấu xung quanh, dẫn đến sự phân phối nội lực trong sàn bị ảnh hưởng đáng kể Điều này làm giảm độ chính xác khi đánh giá năng lực chịu lực của toàn bộ kết cấu sàn Hiểu rõ tác động của các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo tính an toàn và tối ưu hóa thiết kế kết cấu.
+ Dầm thực chất vẫn có chuyển vị và chuyển vị của dầm dẫn đến sự phân phối lại nội lực trong sàn
Trong phân tích cấu kiện, cần tập trung vào các trường hợp hoạt tải chất đầy, bỏ qua các trường hợp bất lợi khác Việc tiến hành tải theo nhiều trường hợp khác nhau giúp xác định nội lực gây nguy hiểm nhất cho kết cấu, từ đó đảm bảo an toàn và độ bền vững của công trình.
MẶT BẰNG KẾT CẤU SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Phân loại ô sàn dựa trên kích thước ô sàn và chức năng sử dụng giúp xác định loại sàn phù hợp cho từng công trình Các ô sàn có thể được đặt cùng tên nếu chênh lệch về kích thước và tải trọng không lớn, đảm bảo tính linh hoạt trong thiết kế xây dựng Ngoài ra, việc phân loại còn dựa vào độ cứng liên kết của sàn với dầm, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và độ bền của toàn bộ kết cấu.
SƠ BỘ CHIỀU DÀY SÀN
Hoạt tải
Giá trị hoạt tải lấy từ TCVN 2737:1995-điều 4.3.1-bảng 3 được chọn dựa theo chức năng sử dụng của các loại phòng
Hệ số độ tin cậy của tải trọng lấy theo điều 4.3.3
Bảng 3.4: Giá trị hoạt tải sử dụng
Chức năng sử dụng sàn
(kN/m 2 ) Hệ số vượt tải n
Hoạt tải tính toán (kN/m 2 )
Phần dài hạn Phần ngắn hạn
11 Mái bằng có sử dụng 0.5 1 1.5 1.3 1.95
Hình 3.1 Mặt bằng kết cấu sàn điển hình
TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Mô hình bằng SAFE
Hình 3.2: Mô hình sàn bằng SAFE
Tính toán cốt thép
Hình 3.6: Vị trí ô sàn tính toán
Chọn lớp bê tông bảo vệ: abv 20 mm
Bê tông B30: Rb 14,5.10 kN / m 3 2 ;Rbt 1.05MPa 1.05 10 kN / m 3 2 ; b 1
Thép AIII 10 được dùng tính thép chịu lực :
Rsw 365MPa365.10 kN / m ; R 0.395 ; R 0.541 s R b b min max
Tính toán thép cho ô sàn S1
=> Chọn ϕ14a150 có Asc 1025.73 mm 2 min max
Các giá trị mô men còn lại tính toán tương tự
Bảng 3.5: Thép sàn theo phương X, Y
Gối trái Y 2.893 61.28 0.05 12 200 565.20 0.43 Gối Phải Y 5.713 121.62 0.09 12 200 565.20 0.43 Nhịp Y -5.705 121.45 0.09 12 200 565.20 0.43
Gối trái X 1.548 32.71 0.03 12 200 565.20 0.43 Gối Phải X 4.566 97.00 0.07 12 200 565.20 0.43 Nhịp X -5.636 119.97 0.09 12 200 565.20 0.43 Gối trái Y 4.234 89.90 0.07 12 200 565.20 0.43 Gối Phải Y 13.681 295.54 0.23 12 200 565.20 0.43 Nhịp Y -14.442 312.42 0.24 12 200 565.20 0.43
Gối trái Y 2.078 43.95 0.03 12 200 565.20 0.43 Gối Phải Y 13.993 302.45 0.23 12 200 565.20 0.43 Nhịp Y -6.097 129.89 0.10 12 200 565.20 0.43
Gối trái X 2.319 49.07 0.04 12 200 565.20 0.43 Gối Phải X 6.558 139.82 0.11 12 200 565.20 0.43 Nhịp X -6.391 136.22 0.10 12 200 565.20 0.43 Gối trái Y 22.854 502.50 0.39 12 200 565.20 0.43
Kiểm tra độ võng sàn bằng phần mềm SAFE
3.4.3.1 Kiểm tra độ võng đàn hồi của sàn
Giá trị chuyển vị lớn nhất fsàn = 2.213 cm Độ võng giới hạn (Theo TCVN 5574-2012)
Kết cấu sàn chịu tác dụng của các loại tải trọng khác nhau như tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời ngắn hạn Để đảm bảo tính an toàn và ổn định, độ võng của bản sàn thường được quy định là 1/250 nhịp, giúp duy trì tính thẩm mỹ và chức năng sử dụng của công trình Việc lựa chọn kết cấu phù hợp giúp tối ưu khả năng chịu lực và tăng tuổi thọ của sàn nhà.
Giá trị độ võng của sàn thỏa mãn giới hạn cho phép.
THIẾT KẾ CẦU THANG
Kích thước sơ bộ
Cầu thang tầng điển hình của công trình là cầu thang 2 vế dạng bản, chiều cao tầng là 3.5 m
Chọn kết cấu bản chịu lực cho thang bộ, bản thang không liên kết vào vách cứng
Cầu thang có 25 bậc, vế 1 cao 1.82m gồm 13 bậc, vế 2 cao 1.68m gồm 12 bậc với kích thước hbậc= 140mm; bbậc = 280mm
Hình 4.1 Mặt bằng cầu thang bộ tầng điển hình
Chiều dày bản thang đươc chọn sơ bộ theo công thức :
Chọn bề dày bản thang như sơ bộ chọn hb = 150 (mm)
Tải trọng
Cấu tạo bản thang và chiếu nghỉ
Tải trọng tác dụng lên bản thang
Vật liệu Chiều dày n g tc g tt
(m) (kN/m 3 ) (kN/m 2 ) (kN/m 2 ) Đá hoa cương 0.02 24 1.1 0.48 0.528
Tổng tải tính tay vịn 0.6 kN/m2 1.62 1.83
Vật liệu Chiều dày n g tc g tt
(m) (m) (kN/m 3 ) (kN/m 2 ) (kN/m 2 ) td Đá hoa cương 0.02 0.0272 24 1.1 0.653 0.718
Tổng tải tính tay vịn 0.6 kN/m2 3.38
Tra theo bảng TCVN 2737-1995 [3], đối với cầu thang ptc = 300 (daN/m2), hệ số vượt tải n=1.2 p = pc×n = 300×1.2 = 360 (daN/ m ) = 3.6 (kN/ m )
Bản thang: p2 = n×p tc × cos∝ = 3×1.2×0.87 = 3.13 (kN/m 2
Để xác định lượng thép phù hợp, tiến hành tính toán cho hai vế của thang và chọn kết quả lớn hơn Đoạn cắt theo phương chịu lực có chiều rộng 1 mét để thực hiện các phép tính chính xác Bố trí thép dựa trên kết quả tính toán nhằm đảm bảo độ bền và an toàn cho cấu trúc Đồng thời, xem xét bản thang và chiếu nghỉ như các dầm gãy khúc liên kết với vách để đảm bảo tính liên kết và khả năng chịu lực của toàn bộ hệ thống thang.
Tuy nhiên trong thực tế không có liên kết khớp hoàn toàn cũng không có liên kết ngàm tuyệt đối
Việc thi công liên kết ngàm không đảm bảo tính toàn khối và chiều dài của neo thép có thể dẫn đến thiếu thép nhịp trong biểu đồ tính mômen nhịp, gây ra hiện tượng dư thép gối và làm phá hoại kết cấu Do đó, đảm bảo thi công đúng kỹ thuật liên kết ngàm và thiết kế neo thép chính xác là yếu tố quan trọng để duy trì tính toàn vẹn và an toàn của công trình.
Quan niệm cho rằng liên kết khớp sẽ thiếu thép gối gây ra dư thép nhịp, dẫn đến kết cấu dễ bị nứt tại gối và hình thành khớp dẻo Điều này khiến kết cấu không đảm bảo độ bền và an toàn, tiến gần hơn đến sơ đồ khớp không phù hợp trong thiết kế kết cấu.
Trong kết cấu nhà nhiều tầng thì cột và dầm được thi công từng tầng, bản thang là kết cấu độc lập được thi công sau
Để đảm bảo an toàn và thẩm mỹ của cầu thang, cần đảm bảo độ ngàm cứng của bản thang, dầm thang, vách và việc neo thép theo sơ đồ thiết kế Nứt tại gối cầu thang gây bong lớp gạch lót và ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ cũng như an toàn khi sử dụng, do đó cầu thang không được phép bị nứt Trong công trình xây dựng, cầu thang bộ là hệ thống thoát hiểm quan trọng, đặc biệt trong các trường hợp khẩn cấp như cháy nổ hoặc động đất, nơi tải trọng có thể lớn hơn nhiều so với tải trọng bình thường Vì vậy, việc đảm bảo tính an toàn tối đa cho cầu thang là yêu cầu thiết yếu Trong đồ án sinh viên, việc phân tích cầu thang được thực hiện bằng sơ đồ hóa 2D và mô hình 3D để đánh giá độ bền vững và an toàn của hệ thống cầu thang.
Minh hoạ sơ đồ tính và nội lực (đơn vị moment là kNm/m)
Hình 4.3: Mô hình cầu thang
Hình 4.4: Gán tĩnh tải vào thang
Hình 4.5: Gán hoạt tải vào cầu thang bộ
Tính toán cốt thép
- Tính toán và bố trí cốt thép:
Chọn lớp bê tông bảo vệ : a = 20mm
Cắt dãy có bề rộng b = 1000mm để tính toán
Trình tự tính toán như sau: b b o m 2 m s m R R b b o s ξγ R bh α = M , ξ = 1- 1-2α , A = , , γ R bh R
Bảng 4.3: kết quả tính thép bản thang
Tiết diện M (KNm) As (mm 2 ) μ (%) φ chọn As chọn
THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG
TẢI TRỌNG
- Kết cấu nhà cao tầng được tính toán với các tải trọng chính sau đây:
- Tải trọng thẳng đứng (tải trọng thường xuyên và tạm thời tác dụng lên sàn)
- Tải trọng gió (gồm thành phần tĩnh và thành phần động)
- Tải trọng động đất (cho các công trình xây dựng trong vùng có thể xảy ra động đất)
Tường gạch 100 (xây trên sàn) 100 3.35 18 6.03 1.2 7.236
Tường gạch 100 (xây trên dầm) 100 3.0 18 5.4 1.2 6.48
Bảng 5.2: Sàn căn hộ, sàn hành lang
Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m 2 )
Tĩnh tải tính toán (kN/m 2 )
1 Bản thân kết cấu sàn 25 150 3.75 1.1 4.125
Tổng tĩnh tải lớp hoàn thiện 1.35 1,68
Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m 2 )
Tĩnh tải tính toán (kN/m 2 )
1 Bản thân kết cấu sàn 25 150 3.75 1.1 4.125
Tổng tĩnh tải lớp hoàn thiện 1.65 2.424
Giá trị hoạt tải lấy từ TCVN 2737:1995-điều 4.3.1-bảng 3 được chọn dựa theo chức năng sử dụng của các loại phòng
Hệ số độ tin cậy của tải trọng lấy theo điều 4.3.3
Bảng 5.4: Giá trị hoạt tải sử dụng
Chức năng sử dụng sàn
Giá trị tiêu chuẩn (KN/m 2 )
Hoạt tải tính toán (KN/m 2 )
11 Mái bằng có sử dụng 0.5 1 1.5 1.3 1.95
- 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 Giá trị và phương pháp tính toán thành phần tĩnh tải trọng gió được xác định dựa trên các quy định trong tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 về tải trọng và tác động Việc hiểu rõ cách xác định tải trọng gió tĩnh giúp đảm bảo tính an toàn và độ bền cho các công trình xây dựng.
- 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 của tải trọng gió tác động lên công trình là lực do xung của vận tốc gió gây ra, kết hợp với lực quán tính của công trình Giá trị của lực này được xác định dựa trên thành phần tĩnh của tải trọng gió, sau đó nhân với các hệ số điều chỉnh phản ánh ảnh hưởng của xung tốc độ gió và lực quán tính của công trình Việc tính toán chính xác thành phần động giúp đảm bảo khả năng chống chịu và độ bền của công trình trước tác động của gió mạnh.
- 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 các công trình như đồ án tốt nghiệp hoặc dự án xây dựng, việc tính toán tải trọng gió cho các công trình cao như dự án Stable Life với chiều cao hơn 77m ( vượt ngưỡng 40m) là rất quan trọng Điều này yêu cầu phân tích cả thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió để đảm bảo tính an toàn và ổn định của công trình Việc áp dụng các phương pháp tính chính xác giúp đảm bảo cấu trúc chịu được tác động của gió mạnh trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt.
Tính toán gió tĩnh dùng tổ hợp : COMB1 = 1×TT + 1×HT
Tính toán gió động dùng tổ hợp: COMB1 = 1×TT + 0.5×HT
0.5 là hệ số chiết giảm khối lượng quy định tại Mục 3.2.4, Bảng 1, TCXD 229 – 1999
5.1.3.1 Tính toán thành phần tĩnh
Trong bài viết, 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 theo phụ lục E của TCVN 2737-1995 Hệ số k(zj) thể hiện sự điều chỉnh áp lực gió theo chiều cao tại vị trí t_j, giúp tính toán chính xác hơn về tác động của gió lên công trình.
(5-2) c: là hệ số khí động được lấy như sau: + Phía gió đẩy c= 0.8
+ Phía gió hút c = 0.6 Áp dụng tính toán
Công trình Stable Life được xây dựng tại quận 7, TP HCM, thuộc vùng gió IIA và địa hình B
Tra bảng A.1 Phụ lục A TCXD 299:1999 được:
Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2
Bảng 5.5: Gió tĩnh gán vào tâm hình học sàn
Cao độ Hệ số Tải tính toán thành phần tĩnh
Tầng thượng 3.5 42.5 28 +71.6 1.425 247.553 375.751 Tầng 20 3.5 42.5 28 +68.1 1.412 192.956 292.880 Tầng 19 3.5 42.5 28 +64.6 1.399 191.132 290.112 Tầng 18 3.5 42.5 28 +61.1 1.385 189.226 287.217 Tầng 17 3.5 42.5 28 +57.6 1.370 187.227 284.184 Tầng 16 3.5 42.5 28 +54.1 1.355 185.126 280.995 Tầng 15 3.5 42.5 28 +50.6 1.339 182.911 277.633 Tầng 14 3.5 42.5 28 +47.1 1.321 180.566 274.074
Tầng 12 3.5 42.5 28 +40.1 1.284 175.412 266.250 Tầng 11 3.5 42.5 28 +36.6 1.263 172.552 261.909 Tầng 10 3.5 42.5 28 +33.1 1.240 169.458 257.213 Tầng 9 3.5 42.5 28 +29.6 1.215 166.083 252.090 Tầng 8 3.5 42.5 28 +26.1 1.188 162.363 246.444 Tầng 7 3.5 42.5 28 +22.6 1.158 158.209 240.139 Tầng 6 3.5 42.5 28 +19.1 1.123 153.489 232.975 Tầng 5 3.5 42.5 28 +15.6 1.083 147.998 224.639 Tầng 4 3.5 42.5 28 +12.1 1.035 141.382 214.598
5.1.3.2 Tính toán thành phần động
Thành phần động của gió được xác định dựa theo tiêu chuẩn TCXD 229 -1999
Thành phần động của tải trọng gió được xác định dựa trên các phương tương ứng với phương tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió Trong tiêu chuẩn, chỉ xem xét thành phần gió theo hướng dọc theo phương X và phương Y, còn bỏ qua thành phần gió ngang và momen xoắn Điều này giúp đơn giản hóa quá trình phân tích tải trọng gió trong thiết kế kết cấu.
Thiết lập tính toán động lực
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
Hình 5.1: Sơ đồ tính toán động lực tải trọng gió lên công trình Áp dụng tính toán
Trong TCXD 229:1999, việc tính toán thành phần động của tải trọng gió chỉ cần thực hiện dựa trên dạng dao động đầu tiên Tần số dao động riêng cơ bản thứ s phải thỏa mãn bất đẳng thức s L s 1 f f f , đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong thiết kế xây dựng Quy định này giúp giới hạn phạm vi phân tích, phù hợp với các yếu tố động của gió tác động lên công trình.
Trong đó: fL được tra trong bảng 2 TCXD 229:1999 Đối với kết cấu sử dụng bê tông cốt thép lấy δ = 0.3 tra bảng thu được fL = 1.3 Hz
Trong quá trình tính toán gió động của công trình, cần xác định các thành phần theo hai phương X và Y, mỗi dạng dao động chỉ xem xét theo phương có chuyển vị lớn hơn để đảm bảo độ chính xác Quá trình này bao gồm các bước chủ yếu để tính toán thành phần động của gió, giúp đánh giá ảnh hưởng của gió đến kết cấu một cách chi tiết và chính xác Việc phân tích các thành phần động của gió là bước quan trọng trong thiết kế công trình nhằm đảm bảo an toàn và độ bền của dự án.
- Xác định tần số dao động riêng của công trình
Sử dụng phần mềm khảo sát với 12 mode dao động của công trình
Bảng 5.6: Phần trăm khối lượng tham gia dao động
Căn cứ vào bảng 5.6 ta có: f1=0.384 < fL= 1.3
Như vậy theo TCXD 229-1999, tính thành phần động của gió với 2 mode tải trọng
- Tính toán thành phần động của tải trọng gió (mục 4.5 – TCXD 229:1999)
Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của gió tác dụng lên phần tử j của dạng dao động thứ i được xác định theo công thức:
Trong đó: M j : khối lượng tập trung của phần công trình thứ j
i : hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i
Hệ số i được xác định bằng cách chia công trình thành nhiều phần nhỏ, mỗi phần có tải trọng gió được xem là không đổi để dễ dàng phân tích và tính toán Biên độ dao động tỉ đối của phần công trình thứ j ứng với dạng dao động thứ i, giúp đánh giá chính xác phản ứng của cấu trúc dưới tác động của gió Việc phân chia này hỗ trợ tối ưu hóa quá trình thiết kế và đảm bảo tính an toàn cho công trình trước các tác động khí hậu.
Hệ số động lực i của dạng dao động thứ i được xác định dựa trên đồ thị theo TCXD 229:1999 Hệ số này phụ thuộc vào các thông số i và độ giảm lôga của dao động , giúp đánh giá chính xác khả năng chịu lực của cấu trúc trong các tình huống động lực khác nhau Việc xác định chính xác hệ số động lực đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân tích và thiết kế các cấu kiện xây dựng đảm bảo an toàn và hiệu quả.
Do công trình bằng BTCT nên có = 0.3
Thông số i xác định theo công thức: i 0 i ε = γW 940f (5-4) Trong đó: : hệ số tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2
W 0 (N/m 2 ): giá trị áp lực gió, đã xác định ở trên W0 = 95-12 kG/m 2
Hình 5.2: Đồ thị xác định hệ số động lực
Hệ số i được xác định bằng công thức: n ji Fj j=1 i n
Trong công thức trên, W Fj đại diện giá trị tiêu chuẩn của thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j của công trình Giá trị này phản ánh ảnh hưởng của các dạng dao động khác nhau do xung vận tốc gió gây ra Việc xác định W Fj được thực hiện theo một công thức cụ thể, giúp đánh giá chính xác tác động của gió đối với cấu trúc xây dựng Đây là yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế để đảm bảo tính an toàn và độ bền của công trình trước tác động của gió.
j: hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao zj ứng với phần tử thứ j của công trình, tra Bảng 3 TCXD 299:1999
Sj: diện tích mặt đón gió ứng với phần tử thứ j của công trình: j j 1 j h h
(5-7) j j 1 h , h , B lần lượt là chiều cao tầng của tầng thứ j, j-1, và bề rộng đón gió
: là hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió ứng với dạng dao động khác nhau của công trình, không thứ nguyên
+ Với dạng dao động thứ nhất: = 1
+ Các dạng dao động còn lại : = 1
Giá trị 1 được lấy theo Bảng 4 TCXD 229-1999 phụ thuộc vào 2 tham số và Tra Bảng 5 TCXD 229-1999 để có được 2 thông số này
Các thông số D và H được xác định như hình sau (mặt màu đen là mặt đón gió):
Hình 5.3 trình bày hệ tọa độ xác định hệ số không gian ν yji, thể hiện dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm tầng thứ j liên quan đến dạng dao động tự nhiên thứ i, không thứ nguyên Đây là phần quan trọng giúp phân tích chính xác các phản ứng động của hệ cấu trúc trong các quá trình dao động tự nhiên Việc xác định hệ số không gian này đóng vai trò then chốt trong việc mô phỏng và thiết kế các hệ kết cấu chịu tác động của dao động, nâng cao khả năng dự đoán và chống chịu rung động hiệu quả.
M j: Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j
Sau khi xác định đầy đủ các thông số M_j, ξ_i, ψ_i, y_ji, ta có thể xác định chính xác các giá trị tiêu chuẩn thành phần động của gió tác dụng lên phần tử j tương ứng với dạng dao động thứ i, gọi là WP(ji) Quá trình này giúp đảm bảo phân tích chính xác ảnh hưởng của gió lên các thành phần cấu trúc, tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo an toàn công trình Việc xác định các giá trị này là bước quan trọng trong quá trình phân tích động lực của các cấu kiện xây dựng trước tác động của gió theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió được xác định theo công thức: tt p(ji) P(ji)
Trong đó: - Hệ số độ tin cậy lấy bằng 1.2
- Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian, lấy bằng 1
Bảng 5.7 Dao động mode 1 theo phương Y
Bảng 5.8 Dao động mode 2 theo phương X
Bảng 5.9 Bảng tính gió động theo phương Y ứng với mode 1
Bảng 5.10: Bảng tính gió động theo X ứng với mode 2
5.1.4 Tải trọng động đất Động đất được xem như là một trong những yêu cầu bắt buộc không thể thiếu và quan trọng nhất khi thiết kế các công trình cao tầng Do đó, bất kỳ công trình xây dựng nào nằm ở phân vùng về động đất phải tính toán tải trọng động đất
Theo TCVN 9386:2012, có ba phương pháp tính toán tải trọng động đất chính là phương pháp tĩnh lực ngang tương đương, phương pháp phân tích phổ dao động và phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian Các phương pháp này giúp đánh giá chính xác tác động của động đất lên công trình xây dựng, đảm bảo an toàn và độ bền trong môi trường có nguy cơ xảy ra động đất Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm của công trình cũng như mức độ chính xác yêu cầu trong quá trình thiết kế.
Với chu kì T1 = 3.45 (s) Không thỏa mãn yêu cầu phương pháp tĩnh lực ngang tương đương: 1 4
Trong đồ án này, tải trọng động đất được tính toán dựa trên phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động theo quy định tại điều 4.3.3.3 của TCVN 9386:2012, đảm bảo độ chính xác và phù hợp với tiêu chuẩn xây dựng Quá trình tính toán tải trọng động đất cũng được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012, kết hợp với sự hỗ trợ của phần mềm ETABS để nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của kết quả phân tích.
Phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động
MÔ HÌNH TÍNH TOÁN
Hình 5.6 Mô hình tính toán công trình bằng Etabs
5.2.1 Chuyển vị đỉnh công trình
Hình 5.7: Chuyển vị tại đỉnh công trình ứng với COMBO BAO
Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh nhà: fmax = 0.045 (m)
Chiều cao nhà tại tầng đỉnh: H = 77.5 (m)
Theo TCVN 198:1997, kết cấu khung vách: fmax = 0.045 (m) < [f] = H/750 = 0.1027m nên công trình thỏa điều kiện chuyển vị đỉnh
5.2.3 Tính toán dầm sàn tầng điển hình ( tầng 9)
Dựa vào tỷ lệ phần trăm chênh lệch nội lực từ các bảng so sánh, dễ dàng xác định kết quả của Momen và lực cắt giữa các dầm có sự chênh lệch tương đối nhỏ Do đó, trong quá trình thiết kế thép, có thể bố trí thép đối xứng qua trục để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong kết cấu.
Bảng nội lực và tổ hợp nội lực phục vụ cho việc tính toán được trình bày ở phần phụ lục
5.2.3.1 Tính toán cốt thép dọc
Dầm chịu uốn nên được tính toán dựa trên biểu đồ nội lực BAO để xác định lượng cốt thép phù hợp Trong quá trình thiết kế, dầm thường được tính theo phương pháp cốt đơn, giúp đảm bảo khả năng chịu lực tối ưu Khi sử dụng cốt kép, cần tăng tiết diện dầm để đáp ứng các yêu cầu chịu uốn và tăng cường độ bền của cấu kiện.
Chọn lớp bảo vệ dầm là 25mm
Tính chính xác khoảng cách từ mép bê tông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo theo công thức: 1 1 2 2 n n
Trong đó: x1, x2,…,xn:là khoảng cách từ mép bê tông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép đang xét
A1, A2,…,An: là diện tích mặt cắt ngang cốt thép đang xét
Tính chiều cao hữu hiệu của bê tông: h0 = h - a m 2 b 0
Kiểm tra hàm lượng cốt thép:
Tính toán cốt thép dầm DX2 (B3) có tiết diện b x h = 40 x 90 cm
Kết quả nội lực xuất từ Etabs tại gối : Mg = -452.598 kN.m
Các hệ số tính toán:
Chọn 4ỉ20 + 2ỉ20 cú A sc 1885 cm 2 sc o
Ta thấy: min 0.05% 0.56% max 2.52% Thỏa điều kiện
Bảng tính chi tiết dầm xem phụ lục 2
Kiểm tra khả năng chịu lực
Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm là bước quan trọng để xác định xem kết quả bố trí thép đã chọn có đảm bảo khả năng chịu lực phù hợp hay không Quá trình này đánh giá xem khả năng chịu lực của dầm lớn hơn hay nhỏ hơn giá trị momen tính toán, đảm bảo công trình an toàn và bền vững Việc kiểm tra này giúp xác định chính xác khả năng chịu lực của dầm dựa trên thiết kế thép đã được chọn, từ đó điều chỉnh kịp thời nếu cần thiết để đạt yêu cầu kỹ thuật.
Tính momen giới hạn: M gh m R bh b o 2 > Mtt
Trong đó: x1: khoảng cách từ mép dầm đến trọng tâm lớp thép thứ nhất (mm)
As 1: diện tích lớp thép thứ nhất (mm 2 ) x2: khoảng cách từ mép dầm đến trọng tâm lớp thép thứ hai (mm)
As 2: diện tích lớp thép thứ hai ( mm 2 )
Kiểm tra khả năng chịu lực dẩm DX2 (B3), tại tầng 3 có tiết diện b x h = 400x 900 mm Chịu momen õm gối trỏi M = -452.598 kN.m, bố trớ thộp 4ỉ20 + 2ỉ20
Trọng tâm lớp thép thứ 1: 1 x 30 20 40 mm
Trọng tâm lớp thép thứ 2: 2 x 30 20 30 20 90 mm
2 Diện tớch lớp thộp thứ nhất: As 1= 1257 mm 2 (4ỉ20)
Diện tớch lớp thộp thứ hai: As 2 = 628 mm 2 (2ỉ20)
Các hệ số tính toán: R s A s 365 1549
Khả năng chịu lực của dầm:
Với [M]gh = 454.25 (kN.m) > Mtt = 452.598 kN.m dầm đủ khả năng chịu lực
5.2.3.2 Tính cốt đai gia cường giữa dầm chính và dầm phụ
Vị trí dầm phụ kê lên dầm chính chịu tải trọng tập trung lớn yêu cầu bổ sung cốt đai gia cường hoặc cốt xiên dạng cốt V để tăng khả năng chịu lực Các loại cốt này gọi chung là cốt treo, giúp gia cố và phân phối lực hiệu quả hơn cho kết cấu nhà xưởng.
Nếu dùng cốt đai gia cường thì phải đặt dày, diện tích các lớp cốt treo cần thiết : tr sw
Số lượng cốt treo cần thiết ở mỗi phía của dầm phụ gối lên dầm chính là : tr sw m A
Trong đoạn đặt cốt đai gia cường, không cần đặt thêm cốt đai Đoạn cần bố trí cốt đai gia cường : b 1 h dc h dp = 900 – 700 = 200 (mm)
Kiểm tra dầm chính CBY1 (400x900), vị trí tầng 3 với dầm phụ C1X1 (400x700)
Ta có lực truyền vào dầm chính là F = 97.35 (kN) Sử dụng cốt treo dạng đai, ϕ8, 2 nhánh s 3
Vậy bố trí mỗi bên 4ϕ8a50
- Cốt treo ở giao dầm DY03 và DX04 bố trí mỗi bên 4ϕ8a50
- Cốt treo ở giao dầm DY05 và DX05 bố trí mỗi bên 3ϕ8a50
- Cốt treo ở giao dầm DY04 và DX09 bố trí mỗi bên 4ϕ8a50
5.2.3.3 Tính toán cốt đai dầm tầng điển hình
Tính cốt đai cho dầm DX07 tại tầng 3 có lực cắt lớn nhất Qmax = 454.53 (kN)
Khả năng chịu cắt của bê tông:
Q kNQ bê tông không đủ khả năng chịu cắt cần bố trí cốt đai: Chọn đai 2 nhỏnh ỉ8a100 cú:
Xác định bước cốt đai :
115.16( ) (454.63 10 ) b f n bt o sw sw tt tt
Trên đoạn dầm gần gối tựa
Kiểm tra khả năng chịu ứng suất chính ở bụng : bt 0.3 bl wl b o
Q bt kNQ kN cốt đai bố trí đủ chịu lực cắt
Xác định bước cốt đai:
Trên đoạn dầm giữa nhịp
5.2.3.4 Cấu tạo kháng chấn cho dầm :
Trong TCVN 9386:2012, theo giá trị gia tốc nền thiết kế a g I a gR : Động đất mạnh a g 0.08g, phải tính toán và cấu tạo kháng chấn Động đất yếu
0.04gag 0.08g, chỉ cần áp dụng các giải pháp kháng chấn đã được giảm Động đất rất yếu a tính toán theo phương X h = Cy = 800 mm; b = Cx = 800mm; giả thiết a = 50 mm; ho = 750mm;
M1 = Mx1 = -66.86 kN.m; M2 = My1 = 46.07 kN.m Độ lệch tâm ngẫu nhiên: ea = eax + 0.2×eay
Hệ số chuyển đổi: x1 > ho 3→ mo = 0.4
Kết cấu siêu tĩnh: e0 = max (e1; ea) = 2.76 cm
Nén lệch tâm rất bé
2 2 e e h mm Ảnh hưởng độ lệch tâm γe :
Diện tích toàn bộ cốt thép:
Bảng tính chi tiết cột xem phụ lục 2
Cơ sở lý thuyết tính toán
Trong thực hành tính toán kết cấu cột, thép đai thường được xác định dựa trên các yếu tố như đường kính thép dọc, hàm lượng thép, kích thước cột và yêu cầu kháng chấn khi có thiết kế động đất Thông thường, lực cắt trong cột là rất nhỏ so với yêu cầu bố trí đai theo cấu tạo, do đó không cần tính toán thép đai mà chỉ bố trí theo mối quan hệ này để đảm bảo an toàn và tối ưu tỷ lệ thép trong cột.
Cốt đai trong cấu kiện nén lệch tâm trình tự tính toán giống như đối với dầm, cần thêm vào thành phần n ở các công thức tính khoảng cách đai:
Trong đó, n - hệ số xét ảnh hưởng của lực nén dọc N n b bt 0
Một số yêu cầu về cấu tạo, bố trí cốt đai:
Theo TCXD 198:1999 Nhà cao tầng – Thiết kế cấu tạo bê tông cốt thép toàn khối Đường kính cốt thép đai: d 1 max d 8mm, d
cốt đai cột phải bố trí liên tục qua nút khung với mật độ như vùng nút
Trong phạm vi vùng nút khung từ điểm cách mép dưới của dầm một khoảng l1 : cl
phải bố trí dày hơn
Khoảng cách cốt đai trong vùng này: s6dmin,100mm
Tại các vùng còn lại: sb ,12dc min
Bố trí: ϕ8a100 cho vùng 900mm từ mép dầm và đoạn nối thép
Bố trí: ϕ8a200 cho vùng giữa cột