Thầy đã giúp em có cái nhìn đúng đắn, khái quát hơn về việc thiết kế, tiếp cận với những phần mềm, những phương pháp tính toán quan trọng cần thiết cho một người kỹ sư Xây dựng.. Nhu cầu
TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH
Nhu cầu xây dựng công trình
Trong xu hướng hội nhập và công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, việc nâng cao mức sống của người dân đang trở nên cấp thiết Do đó, phát triển các công trình nhà ở cao tầng là nhu cầu tất yếu để đáp ứng các nhu cầu về an cư, nghỉ ngơi và giải trí Căn hộ chung cư cao cấp Phúc Lộc Thọ ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu nhà ở cho người dân và góp phần thay đổi bộ mặt đô thị, phù hợp với tầm vóc của một đất nước đang phát triển.
Địa điểm xây dựng công trình
Công trình tọa lạc tại phường Linh Trung, quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh, nằm ở vị trí thoáng đãng và đẹp, góp phần tạo điểm nhấn cho khu dân cư Vị trí này còn đảm bảo sự hài hòa hợp lý và hiện đại, nâng cao giá trị toàn bộ quy hoạch khu vực.
− Công trình nằm trên trục đường giao thông chính thuận lợi cho việc cung cấp vật tư và giao thông ngoài công trình
− Hệ thống cấp điện, cấp nước trong khu vực đã hoàn thiện đáp ứng tốt các yêu cầu cho công tác xây dựng
Khu đất xây dựng công trình bằng phẳng, hiện trạng không có công trình cũ hay công trình ngầm bên dưới, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thi công và bố trí tổng thể dự án một cách dễ dàng.
Giải pháp kiến trúc
1.3.1 Mặt bằng và phân khu chức năng
− Mặt bằng công trình hình chữ nhật, chiều dài 42.4(m), chiều rộng 28.4(m) chiếm diện tích đất xây dựng là 1206.16(m 2 )
Dự án xây dựng gồm 13 tầng nổi và 1 tầng hầm, trong đó cao độ ±0,00(m) được chọn làm mốc đặt tại mặt đất tự nhiên Mặt sàn tầng hầm nằm ở cao độ -2,60(m), giúp đảm bảo kết cấu vững chắc và an toàn Tầng trệt của công trình có mặt sàn tại cao độ +1,20(m), phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu sử dụng.
− Chiều cao công trình là +51.6(m) tính từ cao độ mặt đất tự nhiên
Tầng hầm chủ yếu được sử dụng làm nơi đậu xe ô tô và có hệ thống kỹ thuật điện như trạm cao thế, trạm hạ thế, phòng quạt gió Hệ thống kỹ thuật, bao gồm bể chứa nước sinh hoạt, trạm bơm và trạm xử lý nước thải, được bố trí hợp lý nhằm giảm tối đa chiều dài ống dẫn, nâng cao hiệu quả vận hành.
− Tầng trệt đến tầng mái: dùng làm căn hộ cho thuê Mỗi căn hộ có 1 đến 2 phòng ngủ, 1 nhà bếp, 1 nhà vệ sinh, 1 phòng khách và 1 phòng ăn
Hình 1.1 Mặt đứng công trình
Hình 1.2 Mặt bằng tầng hầm i = 2 % i = 2 %
PHÒ NG NGỦ 2 PHÒ NG NGỦ 3
PHÒ NG NGỦ 1 CĂ N HỘ LOẠI B
PHÒ NG NGỦ 2 PHÒ NG NGỦ 3
PHÒ NG SINH HOẠT PHÒ NG NGỦ 1
PHÒ NG NGỦ 2 PHÒ NG NGỦ 3
PHÒ NG NGỦ 2 PHÒ NG NGỦ 3
Hình 1.4 Mặt bằng tầng mái
Giải pháp mặt bằng đơn giản, tạo không gian rộng rãi để bố trí các căn hộ bên trong, giúp tối ưu hóa công năng và sự thoải mái Việc sử dụng vật liệu nhẹ làm vách ngăn không chỉ mang lại sự linh hoạt trong tổ chức không gian mà còn phù hợp với xu hướng thiết kế hiện nay Đây là lựa chọn lý tưởng để dễ dàng thay đổi bố cục trong tương lai, đáp ứng sở thích và nhu cầu sử dụng của cư dân.
− Sử dụng, khai thác triệt để nét hiện đại với cửa kính lớn, tường ngoài được hoàn thiện bằng sơn nước
− Giao thông ngang trong mỗi đơn nguyên là hệ thống hành lang
Hệ thống giao thông trong căn hộ bao gồm thang bộ và thang máy, với tổng cộng 2 thang bộ và 2 thang máy Thang máy được bố trí chính giữa nhà để tối ưu hóa tiện nghi và thuận tiện cho cư dân Các căn hộ được bố trí quanh lõi thang máy, tách biệt bởi hành lang, giúp rút ngắn khoảng cách đi lại và đảm bảo sự thông thoáng tối đa.
Giải pháp kỹ thuật
Hệ thống tiếp nhận điện từ hệ thống điện chung của khu đô thị được kết nối qua phòng máy điện Từ phòng máy điện, nguồn điện được phân phối đi khắp công trình thông qua mạng lưới điện nội bộ, đảm bảo cung cấp năng lượng ổn định và liên tục cho toàn bộ khu vực.
− Ngoài ra khi bị sự cố mất điện có thể dùng ngay máy phát điện dự phòng đặt ở tầng hầm để phát
Nguồn nước được lấy từ hệ thống cấp nước khu vực, sau đó dẫn vào bể chứa nước ở tầng hầm để chuẩn bị cung cấp cho toàn bộ tòa nhà Hệ thống bơm tự động sẽ bơm nước từ bể chứa đến từng phòng, đảm bảo cung cấp nước liên tục và ổn định Quá trình phân phối nước diễn ra qua hệ thống ống gen chính đặt gần phòng phục vụ, giúp tối ưu hóa hiệu quả cấp nước cho toàn bộ khu vực.
− Nước thải sau khi sử dụng được đưa vào khu vực xử lý, sau đó đẩy vào hệ thống thoát nước chung của khu vực
− Bốn mặt của công trình đểu có hệ thống cửa sổ để lấy ánh sáng và rất thuận tiện trong việc thông gió công trình
Công trình được thiết kế với tường ngăn bằng gạch rỗng, mang lại hiệu quả cách âm và cách nhiệt tối ưu Hành lang được trang bị các hộp chống cháy chứa bình khí CO2 để phòng ngừa và xử lý sự cố cháy nổ nhanh chóng Các tầng lầu đều có hai cầu thang thoát hiểm, đảm bảo an toàn và dễ dàng thoát hiểm cho cư dân trong trường hợp có sự cố về cháy nổ.
Hệ thống thu sét chủ động quả cầu Dynasphere được lắp đặt tại tầng mái nhằm bảo vệ toàn bộ công trình khỏi nguy cơ sét đánh Hệ thống dây nối đất bằng đồng có thiết kế tối ưu giúp giảm thiểu tối đa khả năng xảy ra sự cố do sét đánh Việc chọn lắp đặt các giải pháp chống sét này đảm bảo an toàn tuyệt đối cho tòa nhà và các thiết bị điện tử bên trong.
Vật liệu sử dụng
Bảng 1.1.Vật liệu sử dụng
Loại Cấp độ bền B ~ Mác R b
Bảng 1.2.Cốt thép sử dụng
Thộp gõn cường độ cao, ỉ > 10 AIII 365 365 200000
Tiêu chuẩn thiết kế
– TCVN 2737 - 1995: Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động
– TCVN 5574 - 2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép
– TCVN 198 - 1997: Nhà cao tầng - Thiết kế kết cấu bêtông cốt thép toàn khối
– TCVN 229 - 1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737
- 1995, NXB Xây Dựng - Hà Nội 1999
– TCVN 9386 - 2012: Thiết kế công trình chịu động đất
– TCXDVN 205 - 1998: Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế
– TCXDVN 195 - 1997: Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan nhồi
– TCVN 10304 - 2014: Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế
– TCVN 9395 - 2012: Cọc khoan nhồi - Thi công và nghiệm thu - NXB Xây dựng - Hà nội
– TCVN 9396 - 2012: Cọc khoan nhồi - Phương pháp xung siêu âm xác định tính đồng nhất của bê tông
– Tiêu chuẩn Mỹ ACI 318 - 2002 (Dùng thiết kế )
– Tiêu chuẩn Anh BS 8110 - 1997 (Dùng thiết kế khung trong phần mềm ETABS )
Phần mềm thiết kế của nước ngoài
Chương trình, tiện ích tính toán
– VBA tính toán gió tĩnh và gió động
– VBA tính toán động đất
– VBA tính toán diện tích cốt thép cho dầm
– VBA tính toán diện tích cốt thép cho cột
– VBA tính toán diện tích cốt thép cho vách
– VBA tính toán diện tích cốt thép cho sàn sườn toàn khối
– VBA tính toán cho móng cọc nhồi
TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG
Tĩnh tải
2.1.1 Tải các lớp cấu tạo sàn
Bảng 2.1 Tĩnh tải sàn căn hộ
Cấu tạo Tải trọng tiêu chuẩn
Tải trọng tính toán (kN/m 2 )
Bảng 2.2 Tĩnh tải sàn vệ sinh
Cấu tạo Tải trọng tiêu chuẩn
Tải trọng tính toán (kN/m 2 )
− Tải trọng tính toán của tường xây xác định dựa trên công thức: t t t t g n b h Trong đó:
n là hệ số vượt tải, n = 1.1
gt là tải trọng tường xây (kN/m)
t là trọng lượng riêng của tường xây, t 18(kN/m ) 3
bt là chiều dày tường xây (m)
ht là chiều cao tường xây (m)
Bảng 2.3 Tải trọng tường xây trên các tầng
Tầng Chiều cao tầng (m) Vị trí tường b t
Hầm 3.8 Không dầm 0.2 3.48 12.53 13.78 Điển hình 3.6 Không dầm 0.1 3.28 5.90 6.49 Điển hình 3.6 Không dầm 0.2 3.28 11.81 12.99
Hoạt tải
Bảng 2.4 Bảng hoạt tải tiêu chuẩn phân bố đều trên sàn
STT Loại sàn Tải trọng hoạt tải tiêu chuẩn (kN/m 2 )
Toàn phần Phần dài hạn Phần ngắn hạn
6 Mái bằng không sử dụng 0.75 - 0.75
Theo quy định tại mục 4.3.3 trong TCVN 2937 - 1995, hệ số độ tin cậy của tải trọng phân phối đều trên sàn và cầu thang được xác định dựa trên mức tải trọng tiêu chuẩn Cụ thể, khi tải trọng tiêu chuẩn nhỏ hơn 2 kN/m², hệ số độ tin cậy là 1.3, còn khi tải trọng tiêu chuẩn bằng hoặc lớn hơn 2 kN/m², hệ số này giảm còn 1.2 Việc xác định đúng hệ số độ tin cậy giúp đảm bảo tính an toàn và độ bền của kết cấu nhà ở, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam.
Tải trọng gió
Tải trọng gió gồm thành phần tải trọng gió tĩnh và tải trọng gió động, đóng vai trò quan trọng trong thiết kế kết cấu xây dựng Việc tính toán tải trọng gió được thực hiện theo các tiêu chuẩn kỹ thuật như TCVN 2737 - 1995 và TCXD 229 - 1999 để đảm bảo độ an toàn và độ bền vững của công trình.
2.3.1 Thành phần tĩnh của tải trọng gió
– Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió xác định theo công thức:
W là giá trị của áp lực gió (Bảng 4, TCVN 2737 - 1995)
k là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao (Bảng 5, TCVN 2737 - 1995)
c là hệ số khí động (Bảng 6, TCVN 2737 - 1995)
n là hệ số vượt tải, n = 1.2
Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió được xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió với diện tích đón gió Sinh viên quy tải trọng gió tĩnh thành lực tập trung tại các cao trình sàn, nhằm phản ánh chính xác tác động của gió lên kết cấu Lực tập trung này được đặt tại tâm cứng của sàn mỗi tầng để đảm bảo tính chính xác trong tính toán và thiết kế kết cấu công trình.
Bảng 2.5 Bảng kết quả tính toán gió tĩnh theo phương X, phương Y
Kích thước sàn mỗi tầng Cao trình (m) k
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió (kN/m 2 )
Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió (kN) Dài
(m) c = 0.8 c = 0.6 F x F y Đỉnh mái 3.6 61.78684 10 3.1 51.6 1.038 0.689 0.517 6.73 21.71 Tầng mái 3.6 901.0357 42.4 28.4 48 1.018 0.676 0.507 120.95 180.57 Tầng 13 3.6 1361.866 42.4 28.4 44.4 1.056 0.701 0.526 125.45 187.29 Tầng 12 3.6 1361.866 42.4 28.4 40.8 0.975 0.647 0.485 115.74 172.79 Tầng 11 3.6 1361.866 42.4 28.4 37.2 0.948 0.629 0.472 112.57 168.06 Tầng 10 3.6 1361.866 42.4 28.4 33.6 0.919 0.610 0.458 109.19 163.02 Tầng 9 3.6 1361.866 42.4 28.4 30 0.890 0.591 0.443 105.72 157.83 Tầng 8 3.6 1361.866 42.4 28.4 26.4 0.858 0.569 0.427 101.83 152.03 Tầng 7 3.6 1361.866 42.4 28.4 22.8 0.825 0.548 0.411 98.05 146.38 Tầng 6 3.6 1361.866 42.4 28.4 19.2 0.790 0.525 0.394 93.96 140.28 Tầng 5 3.6 1361.866 42.4 28.4 15.6 0.747 0.496 0.372 88.74 132.49 Tầng 4 3.6 1361.866 42.4 28.4 12 0.692 0.459 0.345 82.20 122.72 Tầng 3 3.6 1361.866 42.4 28.4 8.4 0.622 0.413 0.310 73.92 110.36 Tầng 2 3.6 1361.357 42.4 28.4 4.8 0.533 0.354 0.265 63.29 94.48 Tầng trệt 3.6 1364.19 42.4 28.4 1.2 0.470 0.312 0.234 55.82 83.34
Sinh viên quy định bề rộng đón gió theo phương X, Y lần lượt là chiều rộng, chiều dài của công trình
Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió theo các phương X và Y được xác định bằng tổng của thành phần gió đẩy và gió hút Việc này giúp đảm bảo tính chính xác trong thiết kế cấu trúc, phù hợp với các tiêu chuẩn xây dựng và an toàn Các kết quả này là cơ sở để đánh giá tác động của gió đến kết cấu, từ đó đảm bảo tính ổn định và bền vững của công trình.
2.3.2 Thành phần động của tải trọng gió
– Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học:
Sơ đồ tính toán là hệ thanh console có hữu hạn điểm tập trung khối lượng
Chia công trình thành n phần sao cho mỗi phần có độ cứng và áp lực gió lên bề mặt công trình có thể coi như không đổi
Vị trí của các điểm tập trung khối lượng đặt tương ứng với cao trình sàn
Giá trị khối lượng tập trung được tính bằng tổng trọng lượng của bản thân kết cấu cộng với tải trọng các lớp cấu tạo sàn hoạt tải Theo tiêu chuẩn TCVN 2737 - 1995 và TCXD 229 - 1999, việc sử dụng hệ số chiết giảm đối với hoạt tải được phép; trong đó, hệ số chiết giảm được lấy là 0.5 theo bảng 1 của TCXD 229 - 1999.
Hình 2.1 Sơ đồ tính toán động lực tải gió tác dụng lên công trình
Việc tính toán tần số dao động riêng của một công trình nhiều tầng rất phức tạp, đòi hỏi sự hỗ trợ của các phần mềm chuyên dụng Trong đồ án này, phần mềm ETABS được sử dụng để chính xác xác định các tần số dao động riêng của công trình, giúp đảm bảo độ tin cậy trong quá trình thiết kế và phân tích kết cấu.
Trong TCXD 229 - 1999, quy định chỉ cần tính toán thành phần động của tải trọng gió ứng với s dạng dao động đầu tiên, với tần số dao động riêng cơ bản thứ s thỏa mãn bất đẳng thức: fL < f < f + 1 Trong đó, fL được tra trong bảng 2 của TCXD 229 - 1999, và đối với kết cấu sử dụng bê tông cốt thép with δ = 0.3, ta có fL = 1.3 Hz Ngoài ra, cột và vách được ngàm chắc chắn với móng để đảm bảo độ ổn định của kết cấu.
Trong quá trình tính toán động lực của công trình, gió được phân tích theo hai phương X và Y, mỗi dạng dao động chỉ được xét theo phương có chuyển vị lớn hơn để đảm bảo độ chính xác Quá trình tính toán thành phần động của gió bao gồm các bước chính nhằm xác định tác động của gió lên cấu trúc một cách hiệu quả Việc xác định chính xác các phương dao động và các bước tính toán phù hợp giúp đảm bảo an toàn và ổn định cho công trình trước ảnh hưởng của gió động.
Bước 1: Xác định tần số dao động riêng của công trình Sử dụng phần mềm ETABS khảo sát mode dao động của công trình
Bảng 2.6 Kết quả mode dao động với Mass Source 1TT + 0.5HT
Mode Chu kỳ Tần số UX UY RX RY RZ Phương Ghi chú
Bước 2: Công trình này được tính với 2 mode dao động
Tính toán thành phần động của tải trọng theo Điều 4.3 đến Điều 4.9 của TCXD 229 - 1999 đảm bảo sự chính xác trong thiết kế kết cấu Đặc biệt, công thức 4.6 trong tiêu chuẩn xác định giá trị tiêu chuẩn của thành phần động của tải trọng gió, chỉ xem xét ảnh hưởng của xung vận tốc gió và có thứ nguyên là lực Việc tính toán này giúp đánh giá chính xác tác động của gió lên công trình, nâng cao độ an toàn và hiệu quả trong quá trình thi công và vận hành.
Giá trị 1 được xác định dựa theo Bảng 4 - TCXD 229 - 1999, dựa trên hai tham số và Để tính toán chính xác, bạn cần tra cứu các thông số này trong Bảng 5 - TCXD 229 - 1999, dựa trên mặt ZOX Các chiều D và H được xác định theo hình minh họa, trong đó mặt màu đen biểu thị mặt đón gió, giúp đảm bảo tính chính xác trong thiết kế và tính toán kết cấu.
Hình 2.3 Hệ tọa độ khi xác định hệ số không gian v
Xác định các hệ số: n ji Fj j 1 i n
Trong Công thức 4.5 của TCXD 229 – 1999, yji thể hiện chuyển vị ngang tương đối của trọng tâm phần công trình thứ j đối với dạng dao động i không thứ nguyên Giá trị này được xác định từ phần mềm ETABS để đảm bảo độ chính xác trong phân tích và thiết kế kết cấu.
Bước 3: Xác định hệ số động lực ( i ) ứng với dạng dao động thứ i Dựa vào hệ số i và Đường số 1 - Hình 2 - TCXD 229 – 1999, ta có: i 0 i
Bước 4: Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió: p(ji) j i i ji
Bước 5: Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng xung vận tốc gió và lực quán tính: tt p(ji) p(ji)
Với: γ = 1.2 là hệ số tin cậy đối với tải trọng gió β = 1 là hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng Bảng 6, TCXD 229 - 1999, lấy 50 năm
2.3.3 Kết quả tính toán tải trọng gió
Bảng 2.7 Gió theo phương X Mode 1 Tên tầng Cao độ
Khối lượng tầng M (Kg) k Wj
(kN) y ij × W FJ y ij 2 × M j W động Đỉnh mái 51.6 0.000000755 61786.84 1.038 1.206 93.720 0.545 42.603 -0.0000321649 0.0000000352 6.028 Tầng mái 48 0.000000694 901035.73 1.018 1.183 102.240 0.551 46.082 -0.0000319808 0.0000004340 67.339 Tầng 13 44.4 6.232E-07 1361866.21 1.056 1.227 102.240 0.556 48.236 -0.0000300605 0.0000005289 91.396 Tầng 12 40.8 5.599E-07 1361866.21 0.975 1.133 102.240 0.562 45.016 -0.0000252047 0.0000004269 82.112 Tầng 11 37.2 4.971E-07 1361866.21 0.948 1.102 102.240 0.571 44.471 -0.0000221064 0.0000003365 72.902 Tầng 10 33.6 -4.347E-07 1361866.21 0.919 1.068 102.240 0.582 43.941 -0.0000191011 0.0000002573 63.751 Tầng 9 30 -3.731E-07 1361866.21 0.890 1.034 102.240 0.592 43.285 -0.0000161498 0.0000001896 54.717 Tầng 8 26.4 -0.000000313 1361866.21 0.858 0.997 102.240 0.602 42.434 -0.0000132819 0.0000001334 45.903 Tầng 7 22.8 -2.552E-07 1361866.21 0.825 0.959 102.240 0.613 41.547 -0.0000106029 0.0000000887 37.426 Tầng 6 19.2 -2.005E-07 1361866.21 0.790 0.918 102.240 0.626 40.629 -0.0000081460 0.0000000547 29.404 Tầng 5 15.6 -0.00000015 1361866.21 0.747 0.868 102.240 0.649 39.829 -0.0000059743 0.0000000306 21.998 Tầng 4 12 -1.049E-07 1361866.21 0.692 0.804 102.240 0.671 38.147 -0.0000040016 0.0000000150 15.384 Tầng 3 8.4 -6.638E-08 1361866.21 0.622 0.723 102.240 0.706 36.077 -0.0000023948 0.0000000060 9.735 Tầng 2 4.8 -3.782E-08 1361357.19 0.533 0.619 102.240 0.754 33.016 -0.0000012487 0.0000000019 5.544 Tầng trệt 1.2 -1.443E-08 1364190.22 0.470 0.546 68.160 0.754 19.409 -0.0000002801 0.0000000003 2.120
Bảng 2.8 Gió theo phương Y Mode 1 Tên tầng Cao độ
Chuyển vị tầng y ij (mm)
Khối lượng tầng M (Kg) k Wj
(kN) y ij × W FJ y ij 2 × M j W động Đỉnh mái 51.6 0.013 61786.84 1.038 1.206 139.92 0.545 60.132 0.782 10.442 8.120
Bảng 2.9 Gió theo phương X Mode 3 Tên tầng Cao độ
Khối lượng tầng M (Kg) k Wj
(kN) y ij × W FJ y ij 2 × M j W động Đỉnh mái 51.6 0.013 61786.84 1.038 1.206 93.720 0.545 40.277 0.524 10.442 5.439
Bảng 2.10 Gió theo phương Y Mode 3 Tên tầng Cao độ
(kN) y ij × W FJ y ij 2 × M j W động Đỉnh mái 51.6 5.305E-07 61786.84 1.038 1.206 93.720 0.545 40.277 0.0000213671 0.0000000174 4.444 Tầng mái 48 5.003E-07 901035.73 1.018 1.183 102.240 0.551 43.567 0.0000217964 0.0000002255 50.571 Tầng 13 44.4 4.907E-07 1361866.21 1.056 1.227 102.240 0.556 45.603 0.0000223774 0.0000003279 74.968 Tầng 12 40.8 4.742E-07 1361866.21 0.975 1.133 102.240 0.562 42.559 0.0000201817 0.0000003062 72.448 Tầng 11 37.2 4.527E-07 1361866.21 0.948 1.102 102.240 0.571 42.044 0.0000190331 0.0000002791 69.163 Tầng 10 33.6 4.248E-07 1361866.21 0.919 1.068 102.240 0.582 41.543 0.0000176473 0.0000002458 64.900 Tầng 9 30 3.905E-07 1361866.21 0.890 1.034 102.240 0.592 40.923 0.0000159804 0.0000002077 59.660 Tầng 8 26.4 3.502E-07 1361866.21 0.858 0.997 102.240 0.602 40.118 0.0000140493 0.0000001670 53.503 Tầng 7 22.8 3.044E-07 1361866.21 0.825 0.959 102.240 0.613 39.280 0.0000119568 0.0000001262 46.506 Tầng 6 19.2 2.542E-07 1361866.21 0.790 0.918 102.240 0.626 38.411 0.0000097641 0.0000000880 38.836 Tầng 5 15.6 2.013E-07 1361866.21 0.747 0.868 102.240 0.649 37.655 0.0000075799 0.0000000552 30.754 Tầng 4 12 1.477E-07 1361866.21 0.692 0.804 102.240 0.671 36.065 0.0000053268 0.0000000297 22.565 Tầng 3 8.4 9.651E-08 1361866.21 0.622 0.723 102.240 0.706 34.107 0.0000032917 0.0000000127 14.745 Tầng 2 4.8 5.749E-08 1361357.19 0.533 0.619 102.240 0.754 31.214 0.0000017945 0.0000000045 8.780 Tầng trệt 1.2 2.837E-08 1364190.22 0.470 0.546 68.160 0.754 18.350 0.0000005206 0.0000000011 4.342 do an
Tải trọng động đất
Động đất là yếu tố không thể thiếu trong thiết kế các công trình cao tầng, đóng vai trò quan trọng nhất để đảm bảo an toàn kết cấu Do đó, tất cả các công trình xây dựng nằm trong vùng có nguy cơ động đất đều bắt buộc phải tính toán tải trọng động đất chính xác để đảm bảo khả năng chịu lực và chống chịu của công trình trước các rung chấn Việc áp dụng các quy chuẩn và phương pháp phân tích phù hợp giúp đảm bảo an toàn cho công trình và người sử dụng trong điều kiện xảy ra động đất.
Theo TCVN 9386 - 2012, có hai phương pháp tính toán tải trọng động đất chính là phương pháp tĩnh lực ngang tương đương và phương pháp phân tích phổ dao động Trong đồ án này, tải trọng động đất sẽ được tính toán theo phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động, phù hợp với Điều 4.3.3.3 của TCVN 9386 - 2012 Việc tính toán tải trọng động đất được thực hiện chính xác theo tiêu chuẩn TCVN nhằm đảm bảo an toàn và độ tin cậy của kết cấu.
9386 - 2012 và sự trợ giúp của phần mềm ETABS
Bảng 2.11 Kết quả mode dao động với Mass Source 1TT + 0.24HT
2.4.1 Phổ phản ứng theo phương ngang
– Công trình xây dựng tại phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh, thuộc loại nền đất C (theo Điều 3.1.2, Bảng 3.1, TCVN 9386 - 2012)
Bảng 2.12 Giá trị tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi
TB là giới hạn dưới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc
TC là giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc
TD là giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng
Hình 2.4 Dạng của phổ phản ứng đàn hồi
Xác định tỉ số agR/g tại Quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh, với gia tốc nền ứng với vị trí xây dựng công trình là agR = 0.0727 × g = 0.0727 × 9.81 ≈ 0.713 m/s², giúp đánh giá chính xác tác động của nền đất đối với cấu trúc Đồng thời, hệ số tầm quan trọng γ1 được xác định là bằng 1 theo Phụ lục E của TCVN 9386, đảm bảo khả năng phân loại và tính toán phù hợp trong thiết kế cấu kiện xây dựng.
2012) ứng với công trình thuộc công trình phân loại cấp II
– Xác định gia tốc nền đất thiết kế: ag = agR × γ1 = 0.713 × 1 = 0.713(m/s 2 )
Vì công trình nằm thuộc vùng động đất yếu, ag = 0.686(m/s 2 ) < 0.08g = 0.08 × 9.81 0.7848(m/s 2 ) nên nên cần thiết kế kháng chấn cho công trình
Hệ số ứng xử q của kết cấu bê tông cốt thép thể hiện khả năng tiêu tán năng lượng và tính dẻo của kết cấu, đóng vai trò quan trọng trong thiết kế và phân tích kết cấu Đối với hệ kết cấu hỗn hợp có vách cứng và đối xứng theo hai phương, hệ số ứng xử q được xác định là 3.9 để đảm bảo tính chính xác trong tính toán khả năng tiêu tán năng lượng của kết cấu Việc xác định đúng hệ số q giúp nâng cao độ an toàn, hiệu quả của công trình xây dựng bê tông cốt thép.
– Phổ phản ứng đàn hồi Sd (T) của công trình được xác định qua Công thức 3.2 – 3.5, TCVN
Bảng 2.13 Kết quả phổ phản ứng theo phương ngang
Hình 2.5 Biểu đồ dạng của phổ phản ứng đàn hồi 2.4.2 Phổ phản ứng theo phương đứng
Theo Điều 4.3.3.5.2 của TCVN 9386 - 2012, thành phần đứng của tải trọng động đất chỉ cần xem xét khi gia tốc trung bình (avg) vượt quá 0.25g Công trình xây dựng tại Quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh, cần tuân thủ các quy định này để đảm bảo an toàn và phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng trong khu vực có tải trọng động đất đáng kể.
Phổ phản ứng đàn hồi phương ngang
→ Không cần xét đến thành phần đứng của tải động đất Do đó, không cần xây dựng phổ phản ứng theo phương đứng.
TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Chọn phương án thiết kế sàn
− Công trình áp dụng giải pháp sàn nhẹ không dầm NEVO
Hình 3.1 Cấu tạo sàn hộp NEVO
− Ưu điểm khi sử dụng giải pháp sàn nhẹ không dầm NEVO:
Cho phép thi công sàn vượt nhịp lớn lên đến 20 mét mà không cần dầm, giúp tạo ra không gian mở, thông thoáng và linh hoạt trong phân chia công năng sử dụng Giải pháp này giảm thiểu số lượng cột, móng và dầm, tối ưu hóa không gian và tăng tính thẩm mỹ cho công trình.
Việc loại bỏ phần bê tông không chịu lực của sàn giúp giảm đáng kể khối lượng công trình, đồng thời vẫn đảm bảo khả năng chịu lực và độ bền vững Điều này giúp giảm tải trọng xuống móng, từ đó giảm chi phí đào đất và nâng cao hiệu quả xây dựng.
Sàn sử dụng hộp NEVO làm từ polyethylene (polypropylene), vật liệu nhẹ, bền vững và có khả năng chống va đập cao Chất liệu này không hấp thụ nước hay giải phóng độ ẩm theo thời gian, giúp công trình luôn khô ráo và tiện nghi Ngoài ra, polypropylene là nhựa tái chế, góp phần bảo vệ môi trường và thúc đẩy xây dựng bền vững.
Sàn rỗng NEVO có độ dày vượt trội so với sàn truyền thống, giúp tăng độ cứng và giảm rung lắc hiệu quả Nhờ phần rỗng chứa khí cách ly, sàn NEVO tăng khả năng cách âm giữa các tầng, mang lại không gian yên tĩnh hơn Đặc biệt, tại tầng mái, phần rỗng của sàn NEVO còn góp phần nâng cao khả năng cách nhiệt, tiết kiệm năng lượng cho toàn bộ công trình.
Giảm trải trọng lên cột và móng, có thể giảm tiết diện cột, tiết kiệm nguyên vật liệu
Ngoài việc ứng dụng trong bê tông sàn, sản phẩm còn có tính đa năng cao nhờ khả năng kết hợp với tấm sàn tiền chế và móng bè Phần mềm còn hỗ trợ thiết kế phương án dự ứng lực cho các nhịp lớn nhằm giảm tải trọng, nâng cao hiệu quả và tiết kiệm vật liệu xây dựng Điều này giúp tối ưu hóa quá trình thi công và đảm bảo kết cấu chịu lực bền vững trong các công trình xây dựng.
Chọn sơ bộ kích thước tiết diện
− Chọn chiều dày sàn sơ bộ theo công thức: s max s h L
Lmax là nhịp ô sàn theo phương lớn nhất, Lmax = 11200(mm)
ks là hệ số phụ thuộc vào độ cứng vật liệu sàn và tải trọng, ks = (28 ÷ 35)
Hộp Nautilus Evo H20 + 6 được sử dụng trong thi công, có kích thước 52 × 52 × 20 cm và phù hợp với các lớp bê tông trên và dưới dày 60 mm, đảm bảo khả năng chịu lực tốt Khoảng cách giữa hai mép hộp (sườn dầm chìm) là 120 mm, góp phần tăng cường độ bền cấu trúc và độ chính xác trong quá trình xây dựng Chọn hộp Nautilus Evo H20 + 6 giúp đảm bảo sự ổn định và hiệu quả trong thi công các công trình xây dựng bê tông cốt thép.
Tại sàn hạ cốt, sàn có độ dày 270mm và sử dụng hộp Nautilus Evo H16 + 6 Hệ thống này bao gồm bê tông lớp dưới dày 60mm với hộp có chiều cao 160mm, cùng bê tông lớp trên dày 50mm Kích thước của hộp là 52 ×
52 × 16(cm), khoảng cách giữa hai mép hộp (sườn dầm chìm) có bề rộng b = 120(mm)
Tiết diện vách được chọn với kích thước phù hợp để đảm bảo khả năng chịu lực của công trình, đặc biệt là khả năng chịu tải trọng ngang như gió và động đất Chiều dày vách được xác định là 300mm cho tất cả các vách ở mặt bằng và lõi cầu thang, góp phần đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực của kết cấu.
− Tiết diện dầm biên: chọn bề rộng dầm biên bằng bề rộng của tường b = 200(mm), chiều cao dầm biên lấy bằng bề dày sàn h = 320(mm) → b × h = 200 × 320(mm)
Mô hình sàn trên phần mềm SAFE
– Sử dụng phần mềm SAFE version 16.0.1 để mô hình, phân tích chuyển vị theo phương đứng của sàn, nội lực sàn và tính thép.
Khai báo các loại tải trọng
– Tải trọng tác dụng lên sàn được trình bày cụ thể trong Chương 2
– Thông số đầu vào mô hình SAFE:
Bảng 3.1 Các thành phần tải trọng
STT Tải trọng Ký hiệu Loại tải trọng Self Weight
1 Trọng lượng bản thân TLBT DEAD 1.00
2 Tải trọng lớp hoàn thiện HOANTHIEN SUPER DEAD 0.00
3 Tải trọng tường xây TUONG SUPER DEAD 0.00
4 Hoạt tải (Nhỏ hơn 2kN/m 2 ) HT1 LIVE 0.00
5 Hoạt tải (Lớn hơn 2kN/m 2 ) HT2 LIVE 0.00
Bảng 3.2 Các trường hợp tải trọng
STT Tải trọng Ký hiệu Scale Factor
1 Trọng lượng bản thân TLBT 1.00
2 Tải trọng lớp hoàn thiện HOANTHIEN 1.00
3 Tải trọng tường xây TUONG 1.00
4 Hoạt tải (Nhỏ hơn 2kN/m 2 ) HT1 1.00
5 Hoạt tải (Lớn hơn 2kN/m 2 ) HT2 1.00
Hình 3.4 Tải hoàn thiện tác dụng lên sàn
Hình 3.5 Hoạt tải tạm thời 1 (HT1)
Hình 3.6 Hoạt tải tạm thời 2 (HT2)
Hình 3.7 Tải trọng tường xây
Kết quả nội lực khi phân tích mô hình
Hình 3.8 Dãy strip theo phương X
Hình 3.10 Dãy strip theo phương Y
Hình 3.11 Moment dãy strip theo phương Y
Hình 3.12 Dãy strip mũ cột theo phương X
Hình 3.13 Moment dãy strip mũ cột theo phương X
Hình 3.14 Dãy strip mũ cột theo phương Y
Hình 3.15 Moment dãy strip mũ cột theo phương Y
Kiểm tra chuyển vị sàn
− Trong thiết kế, việc tính toán kiểm tra độ võng sàn trở thành yêu cầu cần thiết để đảm bảo tính kinh tế đối với các tình huống sau:
Tải trọng lớn, rất hay gặp đối với các sàn nhà dân dụng (landscape tầng 1, sàn mái đỡ thiết bị cơ điện nặng,…)
− Tổ hợp tải trọng theo TTGH II biến dạng và chuyển vị:
Bảng 3.3 Các trường hợp tải trọng sàn chất tải theo giai đoạn
Tải trọng Ký hiệu Cấu trúc Load Case Type Analysis Type
Ngắn hạn 2 NH2 1(DLS) + 1(WL)
Ngắn hạn 3 NH3 1(LL1) + 1(LL2)
Ngắn hạn 4 NH4 0.3(LL1) + 0.3(LL2)
Dài hạn 1 DH1 1(DL) Nonlinear
Dài hạn 2 DH2 1(DLS) + 1(WL)
Dài hạn 3 DH3 0.3(LL1) + 0.3(LL2)
– Theo TCXDVN 356 - 2005, độ võng toàn phần f được tính như sau: f = f1 – f2 + f3 (f1 – f2 là độ võng do tác dụng ngắn hạn của tải ngắn hạn)
Trong bài viết này, chúng tôi trình bày các thành phần độ võng của kết cấu, bao gồm f1 là độ võng tạm thời do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng, với công thức f1 = NH3; f2 là độ võng do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn, f2 = NH4; và f3 là độ võng dài hạn do tác dụng của tải trọng dài hạn, với công thức f3 = DH3 Các yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá khả năng chịu tải và độ bền của kết cấu trong thời gian dài.
Bảng 3.4 Tổ hợp tải trọng kiểm tra chuyển vị sàn
Tên tổ hợp kiểm tra Ký hiệu Cấu trúc
Theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012, độ võng của cấu kiện dạng sàn phẳng cần được kiểm tra để đảm bảo fmax không vượt quá fgh, nhằm đảm bảo tính an toàn và độ bền của công trình Võng ngắn hạn VONGNH DL + (DLS + WL) + LL1 + LL2 và võng dài hạn VONGDH 1(NH3) + (-1)NH4 + (1)DH3 là các dạng phân tích độ võng dựa trên các yếu tố chịu lực khác nhau, giúp đánh giá chính xác khả năng chịu lực của cấu kiện Việc tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế này giúp đảm bảo các kết cấu sàn phẳng có độ võng phù hợp, nâng cao hiệu quả sử dụng và tuổi thọ của công trình.
Với nhịp lớn nhất trong bản là L = 11.2(m) > 7.5(m), độ võng giới hạn được nêu trong Bảng
Hình 3.16 Độ võng dài hạn
→ Ta có: fDHmax = 38.07(mm) < fgh → Thỏa điều kiện chuyển vị sàn
Hình 3.17 Độ võng ngắn hạn
→ Kiểm tra: fNHmax = 14.20(mm) < fgh → Thỏa điều kiện chuyển vị sàn.
Kiểm tra khả năng chịu cắt của sàn
Hình 3.18 Lực cắt lớn nhất của sàn tại vùng gần mũ cột
– Khả năng chịu cắt của bê tông: b3 (1 f n) Rbt b h = 0.6 ×1×1.2 ×10 ×0.64 ×0.288 = 132.71(kN) Qo 3 max 54.37(kN)
→ Khụng phải tớnh cốt đai cho dầm, bố trớ cốt đai theo cấu tạo Chọn ỉ8, khoảng cỏch bằng khoảng trọng tõm giữa 2 dầm chỡm → ỉ8a640(mm).
Kiểm tra xuyên thủng sàn
– Tính toán xuyên thủng được tính tại vị trí cột có sàn mũ cột bao quanh
− Theo Mục 6.2.5.4, TCVN 5574 - 2012, tính toán chọc thủng cho sàn không đặt cốt thép ngang được tiến hành theo điều kiện:
α là hệ số, lấy α = 1 với bê tông nặng (công trình sử dụng bê tông B30)
Trong quá trình nén thủng của thép, giá trị trung bình của chu vi đáy trên và đáy dưới đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá khả năng chịu lực của cấu kiện Chu vi đáy trên và đáy dưới thép nén thủng hình thành khi chịu lực nén, phản ánh tình trạng chịu tải của cấu kiện trong phạm vi chiều cao làm việc của tiết diện Việc xác định chính xác này giúp đảm bảo tính an toàn và độ bền của kết cấu trong quá trình sử dụng.
Bê tông B30 có Rbt = 1.2(MPa)
Hình 3.20 Các trường hợp kiểm tra xuyên thủng sàn
Hình 3.21 Phản lực tại vị trí mũ cột Bảng 3.5 Bảng kiểm tra xuyên thủng
Trường hợp tính toán u (cm)
1B 65 × 65 1-B 32 2.5 29.5 65 65 TH3 348.5 520.16 1233.69 Thỏa 1E 65 × 65 1-E 32 2.5 29.5 65 65 TH3 348.5 520.15 1233.69 Thỏa 2A 65 × 65 2-A 32 2.5 29.5 65 65 TH4 348.5 491.60 1233.69 Thỏa 2F 65 × 65 2-F 32 2.5 29.5 65 65 TH4 348.5 491.60 1233.69 Thỏa 2B 70 ×70 2-B 32 2.5 29.5 70 70 TH1 398 924.03 1408.92 Thỏa
2E 70 ×70 2-E 32 2.5 29.5 70 70 TH1 398 923.82 1408.92 Thỏa 3A 65 × 65 3-A 32 2.5 29.5 65 65 TH4 348.5 566.17 1233.69 Thỏa 3F 65 × 65 3-F 32 2.5 29.5 65 65 TH4 348.5 566.17 1233.69 Thỏa
– Vậy sàn thỏa mãn điều kiện không bị chọc thủng Bố trí thép chống cắt ở mũ cột theo cấu tạo Chọn ỉ10a200.
Tính toán cốt thép sàn tầng điển hình
Bảng 3.6 Tổ hợp tải trọng tính toán cốt thép
Tên tổ hợp Cấu trúc
(1)TLBT (1)TUONG (1)HOANTHIEN (1)HT1 (1)HT2 – Chọn lớp bê tông bảo vệ sàn a = 30(mm) → h0 = h – a = 320 – 30 = 290(mm) b m 2 m S b b o s b o s
Trong đó: Rb = 17(MPa), Rs = 365(MPa)
Hàm lượng thép hợp lí: b o S min As max R R
– Kết quả tính thép được trình bày trong phần phụ lục
TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ CẦU THANG
Kích thước hình học cầu thang
Hình 4.1 Mặt bằng kiến trúc cầu thang tầng điển hình
– Chiều cao tầng điển hình là 3.6(m), cầu thang có 24 bậc thang, cầu thang có dạng 2 vế, mỗi vế gồm có 11 bậc thang
– Chiều cao mỗi bậc thang: b h t 3600 h 150(mm)
– Bề rộng bậc thang:l b 2700 245(mm)
– Góc nghiêng của bản thang so với mặt phẳng nằm ngang: b b h 150 tan cos 0.874 l 245
– Chọn sơ bộ chiều dày bản thang và bản chiếu nghỉ: hbt = hcn = 150(mm)
Tải trọng
Bảng 4.1 Bảng tải trọng tĩnh tải bản ngang cầu thang Cấu tạo
Tải trọng tiêu chuẩn (kN/m)
Tải trọng tính toán (kN/m)
Lớp vữa trát dày 1.5cm 18 0.27 1.3 0.35
Tổng tĩnh tải chưa kể đến trọng lượng bản thân sàn 1.03 1.30
Bảng 4.2 Bảng tải trọng tĩnh tải bản nghiêng cầu thang
Tổng tĩnh tải chưa kể đến trọng lượng bản thân sàn 2.648 3.386
– Hoạt tải lấy theo TCVN 2737 - 2995 cho cầu thang là q tc = 2(kN/m 2 ), hệ số vượt tải lấy bằng 1.2.
Sơ đồ tính và nội lực
– Quy đổi bản thang về thành dạng tải phân bố đều Cắt một dãy có bề rộng b = 1(m)
Tĩnh tải bản nghiêng: tc tc bt tt tt bt q b q cosα 1 2.648 0.874 2.16(kN/m) q b q cosα 1 3.386 0.874 2.96(kN/m)
Tĩnh tải bản ngang: tc tc cn tt tt bt q b q 1 1.03 1.03(kN/m) q b q 1 1.30 1.30(kN/m)
Hoạt tải bản nghiêng: tc tc bt tt tt bt q b q cosα 1 2 0.874 1.75(kN/m) q b q cosα 1 1.2 2 0.874 2.10(kN/m)
Hoạt tải bản ngang: tc tc cn tt tt bt q b q 1 2 2(kN/m) q b q 1 1.2 2 2.4(kN/m)
– Mô hình cầu thang trên phần mềm ETABS:
Hình 4.2 Tĩnh tải cầu thang
Hình 4.3 Hoạt tải cầu thang
Hình 4.4 Biểu đồ moment cầu thang
Hình 4.5 Biểu đồ lực cắt cầu thang
Kiểm tra chuyển vị
– Theo Bảng 4, TCVN 5574 - 2012, độ võng của bản thang được kiểm tra theo điều kiện: fmax < fgh, với cầu thang có nhịp 5(m) < L = 7.2(m) < 10(m) thì fgh = 25(mm)
– Chuyển vị của bản thang vế 1: fmax = 3.218(mm)
– Ta có: fmax < fgh nên bản thang thỏa điều kiện độ võng
Tính toán cốt thép
– Chọn lớp bê tông bảo vệ cầu thang a = 15(mm), kích thước b = 1000(mm), h = 150(mm)
Trong đó: Rb = 17(MPa), Rs = 365(MPa)
– Hàm lượng thép hợp lí: o min max
bh – Kết quả tính thép được trình bày trong phần phụ lục.
TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ BỂ NƯỚC MÁI
Thông số ban đầu
5.1.1 Kích thước hình học bể nước mái
Nhu cầu nước sinh hoạt trong chung cư được tính theo tiêu chuẩn 120 lít/người/ngày, phù hợp với quy định sử dụng nước cho sinh hoạt Chung cư cao tầng gồm 13 tầng, mỗi tầng có 8 căn hộ, mỗi căn hộ là nơi cư trú của một gia đình trung bình 4 người Do đó, tổng số người sinh sống trong chung cư là N = 416 người, đảm bảo tính toán chính xác lượng nước tiêu thụ hàng ngày.
– Nước phục vụ cho cộng công và cứu hỏa lấy bằng 10% nhu cầu dùng nước sinh hoạt Lượng nước bình quân được tính theo công thức: i 3 tb q N
Trong đó: qi là tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt (lít/ngày)
N là số người dân sống trong chung cư i 3 tb q N 120 416 120 416
– Lượng nước lớn nhất tính theo công thức:
Bảng 5.1 Kích thước hình học của bể nước mái
– Công trình có 2 bể nước mái, mỗi bể có kích thước như nêu ở trên nên có dung tích:
V = n V = 2 42 = 84(m 3 ) – Ta có: h = 1.2(m) < 2a = 2 × 8.1 = 16.2(m) nên bể nước thuộc loại bể nước thấp
Hình 5.1.Mô hình 3D bể nước mái trên SAP2000
Hình 5.2.Mô hình 3D bể nước mái trên SAP2000
– Tổng thể tích của bể nước mái thể hện trong bản vẽ kiến trúc là 84(m 3 ), bao gồm 2 bể, mỗi bể có dung tích là 42(m 3 )
– Theo bản vẽ kiến trúc, bể nước có kích thước a = 8.1(m), b = 4.3(m), h = 1.2(m)
Việc tính toán kết cấu bể nước mái chủ yếu gồm xác định cốt thép và kiểm tra các điều kiện về vết nứt, còn kiểm tra độ võng không được thực hiện Theo phụ lục C, TCVN 5574 - 2012, điều C.2.4 quy định rằng “độ võng của các bộ phận kết cấu có thể không cần hạn chế nếu chúng bị khuất và không nhìn thấy, đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ và tâm lý”.
Các yêu cầu về vết nứt được tra cứu trong bảng 1 và bảng 2 của TCVN 5574 - 2012 nhằm đảm bảo an toàn cho cốt thép và hạn chế thấm nước vào kết cấu Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này giúp tăng cường độ bền và khả năng chống chịu của công trình xây dựng Đáp ứng các quy định về vết nứt đúng quy chuẩn là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và tuổi thọ của kết cấu bê tông cốt thép.
Tính toán kết cấu bể nước mái
5.2.1 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện
– Chọn chiều dày bản nắp, bản đáy:
Chiều dày sơ bộ của bản nắp: hn = 100(mm) Bản nắp được đổ toàn khối, kích thước lỗ thăm 1000 × 1000(mm)
Chiều dày sơ bộ của bản đáy: hd = 200(mm)
– Chọn chiều dày thành bể: ht = 150(mm)
– Chọn tiết diện dầm, cột:
Bảng 5.2 Tĩnh tải sàn bản nắp
Lớp vật liệu Bề dày
Trọng lượng tiêu chuẩn (kN/m 3 )
Tải trọng tiêu chuẩn (kN/m 2 )
Tải trọng tính toán (kN/m 2 )
Lớp vữa láng tạo dốc 35 18 0.63 1.3 0.819
Bảng 5.3 Tĩnh tải sàn bản đáy
Lớp vật liệu Bề dày
Trọng lượng tiêu chuẩn (kN/m 3 )
Tải trọng tiêu chuẩn (kN/m 2 )
Tải trọng tính toán (kN/m 2 )
Bảng 5.4 Tĩnh tải sàn bản thành
Lớp vật liệu Bề dày
Trọng lượng tiêu chuẩn (kN/m 3 )
Tải trọng tiêu chuẩn (kN/m 2 )
Tải trọng tính toán (kN/m 2 )
– Tải trọng bản thân bản thành quy đổi thành tải trọng phân bố (q) tác dụng lên dầm bản đáy trong mô hình SAP2000: q = 4.76 × 1.2 = 5.712(kN/m)
Hoạt tải sửa chữa: ptt = pc × n = 0.75 × 1.3 = 0.975(kN/m 2 )
Hoạt tải nước (áp lực nước): pn = γn × ht × np = 10 × 1.2 × 1.1 = 13.2(kN/m 2 )
– Tải trọng gió tác dụng lên thành bể xét hai trường hợp là gió đẩy và gió hút:
Giá trị áp lực gió được xác định theo bản đồ phân vùng áp lực gió dựa trên địa danh hành chính (Phụ lục E) Công trình xây dựng tại Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng áp lực gió IIA, khu vực địa hình B Do đó, giá trị áp lực gió áp dụng cho công trình này là W0 = 0,83 kN/m², đảm bảo tuân thủ các quy định an toàn về gió trong thiết kế xây dựng.
k là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao lấy theo Bảng 5, TCVN 2737 -
1995 Cao trình đỉnh bể nước 50.2(m), dạng địa hình B, nội suy ta có giá trị k = 1.343
c là hệ số khí động, gió hút ch = 0.6, , gió đẩy cđ = 0.8
n là hệ số vượt tải, n = 1.2
Bảng 5.5 Các trường hợp tải
STT Tải trọng Loại Ý nghĩa
1 TT DEAD Tải trọng bản thân
2 TTHT SUPERDEAD Tĩnh tải hoàn thiện
3 TTTX SUPERDEAD Tĩnh tải thành bể
5 NUOC LIVE Hoạt tải nước
6 GIOX WIND Gió tĩnh phương X
7 GIOXX WIND Gió tĩnh phương -X
8 GIOY WIND Gió tĩnh phương Y
9 GIOYY WIND Gió tĩnh phương -Y
Bảng 5.6 Tổ hợp tải trọng
STT Tổ hợp Thành phần
1 COMBO1 TT + TTHT+ TTTX + HT
2 COMBO2 TT + TTHT+ TTTX + GIOX
3 COMBO3 TT + TTHT+ TTTX + GIOXX
4 COMBO4 TT + TTHT+ TTTX + GIOY
5 COMBO5 TT + TTHT+ TTTX + GIOYY
6 COMBO6 TT + TTHT+ TTTX + 0.9( HT + GIOX)
7 COMBO7 TT + TTHT+ TTTX + 0.9(HT + GIOXX)
8 COMBO8 TT + TTHT+ TTTX +0.9( HT +GIOY)
9 COMBO9 TT + TTHT+ TTTX + 0.9(HT + GIOYY)
Tính toán nội lực
– Sử dụng phần mềm SAP2000 để mô hình bể nước mái:
Hình 5.3.Mô hình 3D bể nước mái trên SAP2000
Hình 5.4 Mô hình SAP bản nắp 5.3.3 Bản đáy
Hình 5.5 Mô hình SAP bản đáy 5.3.4 Bản thành
Hình 5.6 Mô hình SAP bản thành
Tính toán cốt thép
– Các công thức tính toán: b m 2 m S b b o s o b s
– Hàm lượng cốt thép là: s o
bh và min max , với max R b s
1.93 2 b 4.2 Bản nắp thuộc loại bản kê 4 cạnh
Hình 5.8 Sơ đồ tính nội lực bản nắp
Hình 5.9 Biểu đồ moment bản nắp trong phần mềm SAP2000 5.4.2 Bản thành
– Xem bản thành như cấu kiện chịu uốn chỉ chịu tác dụng theo phương ngang gồm áp lực ngang của nước, gió đẩy và gió hút
– Tỷ số:a 8.1 6.75 2 h 1.2 và b 4.3 3.58 2 h 1.2 nên bản thành tính như bản loại dầm theo
1 2 0 0 phương cạnh ngắn h, cắt một dải có bề rộng b = 1(m) theo phương cạnh h để tính:
Hình 5.10 Sơ đồ tính nội lực bản thành
Hình 5.11 Biểu đồ moment bản thành trong phần mềm SAP2000 5.4.3 Sàn bản đáy
1.93 2 b 4.2 Bản đáy thuộc loại bản kê 4 cạnh
Hình 5.12 Sơ đồ tính nội lực bản đáy
Hình 5.13 Biểu đồ moment bản đáy trong phần mềm SAP2000
– Kết quả tính thép bản nắp, bản thành, bản đáy và thép dầm, thép cột được trình bày trong phần phụ lục.
Kiểm tra điều kiện
– Theo Bảng 4, TCVN 5574 - 2012, độ võng của bản nắp và bản đáy được kiểm tra theo điều kiện: fmax < fgh, với bản sàn có nhịp 5(m) < L = 8.1(m) < 10(m) thì fgh = 25(mm)
Hình 5.14 Độ võng của bản nắp
– Độ võng lớn nhất của bản nắp: fmax = 2.3(mm)
– Ta có: fmax < fgh nên bản nắp thỏa điều kiện độ võng
Hình 5.15 Độ võng của bản đáy
– Độ võng lớn nhất của bản đáy: fmax = 1.9(mm)
– Ta có: fmax < fgh nên bản đáy thỏa điều kiện độ võng
Đối với bể nước, vấn đề nứt ở bản đáy bể là vô cùng quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ an toàn và độ bền của công trình Chính vì vậy, việc kiểm tra và phát hiện các vết nứt tại bản đáy bể cần được thực hiện kỹ lưỡng và chính xác Khi xác định các vết nứt, cần tính toán hình thành của các vết nứt thẳng góc với trục dọc của cấu kiện để đảm bảo đánh giá đúng mức độ hư hỏng Theo tiêu chuẩn TCVN (Mục 7), việc kiểm tra nứt tại bản đáy bể giúp đảm bảo an toàn và độ bền lâu dài của công trình chứa nước.
Trong quá trình tính toán, cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm và kéo lệch tâm phải đảm bảo điều kiện M ≤ Mcrc, trong đó Mcrc là moment chống nứt của tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện khi xuất hiện vết nứt Mcrc được xác định theo công thức cụ thể nhằm đảm bảo khả năng chịu lực của cấu kiện trong điều kiện chịu uốn lệch tâm Việc tính toán chính xác Mcrc là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả cấu trúc khi hình thành vết nứt.
5.5.2.2 Kiểm tra nứt cho bản đáy
Bê tông B30: Rb,ser = 22(MPa), Rbt,ser = 1.8(MPa), Eb = 32500(MPa)
Bảng 5.7 Kiểm tra điều kiện hình thành vết nứt
Vậy bản đáy bể nước không hình hình thành vết nứt.
TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ HỆ KHUNG CÔNG TRÌNH
Khai báo các loại tải trọng
– Tải trọng tác dụng lên khung công trình được trình bày cụ thể trong Chương 2
6.1.1 Các trường hợp tải trọng
Bảng 6.1.Các trường hợp tải trọng
STT Kí hiệu Loại Ghi chú
1 TLBT DEAD Trọng lượng bản thân bê tông
2 HOANTHIEN SUPERDEAD Tải trọng các lớp hoàn thiện
3 TUONG SUPERDEAD Tải trọng tường xây
5 GTX WIND Gió tĩnh theo phương X
6 GDX WIND Gió động theo phương X
7 GTY WIND Gió tĩnh theo phương Y
8 GDY WIND Gió động theo phương Y
Bảng 6.2.Các tổ hợp tải trọng
STT KÍ HIỆU THÀNH PHẦN GHI CHÚ
1 TT TLBT + HOANTHIEN + TUONG Tĩnh tải
2 WINDX GTX + GDX Gió theo phương X
3 WINDY GTY + GDY Gió theo phương Y
4 QX - Động đất theo phương X
5 QY - Động đất theo phương Y
– Xác định tổ hợp tải trọng QX, QY từ phổ phản ứng trong phần mềm ETABS:
Hình 6.1 Khai báo tải trọng động đất theo phương X
Hình 6.2 Khai báo tải trọng động đất theo phương Y 6.1.2 Tổ hợp tải trọng
Bảng 6.3.Tổ hợp cơ bản theo trạng thái giới hạn I (TTGH I)
STT Tên tổ hợp Cấu trúc tổ hợp
10 THDB1 1TT + 0.3HT + 1EQX + 0.3EQY
11 THDB2 1TT + 0.3HT + 0.3EQX + 1EQY
12 TTGH1 ENVELOPE(TTTHCB1, TTTHCB2, , THDB2)
Bảng 6.4.Tổ hợp cơ bản theo trạng thái giới hạn II (TTGH II)
STT Tên tổ hợp Cấu trúc tổ hợp
10 THDB1 1TT + 0.3HT + 1EX + 0.3EY
11 THDB2 1TT + 0.3HT + 0.3EX + 1EY
12 TTGH1 ENVELOPE(TCTHCB1, TCTHCB2, , THDB2)
Mô hình ETABS
Hình 6.4 Biểu đồ moment M2-2 và M3-3 khung trục 3
Kiểm tra ổn định tổng thể công trình
6.3.1 Kiểm tra chuyển vị đỉnh
– Theo TCVN 198 - 1997, chuyển vị theo phương ngang tại đỉnh kết cấu của nhà cao tầng đối với kết cấu khung - vách cần thõa mãn điều kiện: f 1
H 750 Trong đó: f là chuyển vị theo phương ngang tại đỉnh công trình
H là chiều cao của công trình
Hình 6.6 Chuyển vị đỉnh của công trình
Công trình thỏa điều kiện chuyển vị ngang theo phương đứng tại đỉnh công trình
– Theo mục 4.4.3.2.(1), TCXDVN 375 - 2006, hạn chế chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng: drν ≤ 0.005h Trong đó: h là chiều cao tầng
Trong thiết kế chống tác động động đất, hệ số chiết giảm ν = 0.4 được xem xét để phù hợp với chu kỳ lặp thấp hơn nhằm hạn chế hư hỏng công trình Chuyển vị ngang thiết kế tương đối giữa các tầng, gọi là dr, được xác định dựa trên các yếu tố như dre (chuyển vị lệch tầng) và hệ số ứng xử q, với q = 3.9; cụ thể, dr = dre × q theo các quy định trong mục 4.4.2.2 và 4.3.4.
Hình 6.7 Chuyển vị lệch tầng của công trình
– Ta có: drmax = 0.000419(mm) ≤ dre → Công trình thỏa điều kiện chuyển vị lệch tầng
6.3.3 Kiểm tra chuyển vị P – Delta (P - Δ)
– Theo mục 4.4.2.2.(2), TCVN 9386 - 2012, công trình không cần xét đến hiệu ứng bậc 2 (hiệu ứng P – Delta) nếu tại tất cả các tầng thỏa mãn điều kiện: tot r tot
Trong đó: θ là hệ số độ nhạy của chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng
Ptot là tổng tải trọng tường tại tầng đang xét và các tầng bên trên nó khi thiết kế chịu động đất
Vtot là tổng lực cắt tầng do động đất gây ra h là chiều cao tầng
Bảng 6.5 Tổ hợp nội lực dùng để kiểm tra chuyển vị P - Delta (P - Δ)
STT Tên tổ hợp Cấu trúc tổ hợp
3 EQX 1TT + 0.3HT + 1EX + 0.3EY
4 EQY 1TT + 0.3HT + 0.3EX + 1EY
Bảng 6.6 Kiểm tra chuyển vị P - Delta (P - Δ)
Hệ số độ nhạy θ Kiểm tra điều kiện θ ≤ 0.1
Trong báo cáo này, các chỉ số về đỉnh mái, tầng mái, các tầng từ 2 đến 13, tầng trệt và tầng hầm được phân tích dựa trên các tham số như chiều cao, P-DELTA Max và các hệ số liên quan Các kết quả đều thỏa mãn các tiêu chuẩn an toàn, với các giá trị P-DELTA Max từ khoảng 1859.66 đến 210000.23, cho thấy khả năng chịu tải và độ ổn định vượt mức yêu cầu Các tầng từ 2 đến 13 thể hiện sự tăng dần của các giá trị, cho thấy sự phân bổ tải trọng hợp lý trên toàn bộ công trình Đặc biệt, tầng hầm có giá trị P-DELTA Max cao nhất, đạt tới hơn 210000, phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật Các chỉ số như hệ số an toàn và các hệ số liên quan đều nằm trong giới hạn cho phép, đảm bảo sự an toàn và bền vững của công trình.
6.3.4 Kiểm tra gia tốc đỉnh
Theo Mục 2.6.3, TCVN 198 - 1997 quy định rằng gia tốc cực đại của chuyển động tại đỉnh công trình dưới tác động của gió phải nằm trong giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn và ổn định của kết cấu xây dựng Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này giúp giảm thiểu rủi ro do ảnh hưởng của gió mạnh, đảm bảo tính bền vững và độ bền lâu dài của công trình.
là giá trị cho phép của gia tốc, lấy bằng 150(mm/s 2 ) y là giá trị tính toán của gia tốc cực đại:
Với: ω là tần số vòng của dạng dao động thứ i (1/s) umax là chuyển vị cực đại tại đỉnh công trình (mm)
Bảng 6.7.Kiểm tra gia tốc đỉnh cho công trình
(mm/s 2 ) Kiểm tra điều kiện
Tính toán thép dầm
– Hệ dầm là dầm bo sàn, nằm ở biên của bản sàn NEVO với tiết diện được chọn theo chương
2 Tiến hành tính toán theo sơ đồ tính là dầm liên tục
Hình 6.8 Mặt bằng dầm tầng điển hình ETABS
Hình 6.9 Biểu đồ moment dầm tầng điển hình ETABS 6.4.2 Tính toán thép dọc cho dầm
– Chọn tầng 7 để tính toán dầm theo phương trục A và phương trục 1
Hàm lượng cốt thép tính toán và bố trí phải thỏa điều kiện: μmin ≤ μ ≤ μmax
là hàm lượng cốt thép tính toán
là hàm lượng cốt thép tối đa
Nếu x ≥ ξR ≥ ξR × ho thì ta tăng A’s rồi tính lại x
Hàm lượng cốt thép tính toán và bố trí phải thỏa điều kiện sau: μmin ≤ μ ≤ μmax
μmin = 0.05% là hàm lượng cốt thép tối thiểu
là hàm lượng cốt thép tính toán
là hàm lượng cốt thép tối đa
– Áp dụng tính toán dầm B13 nằm giữa trục 3 và 4 có tiết diện b × h = 200 × 320(mm):
Bảng 6.8.Số liệu tính toán cốt thép dọc
Hàm lượng thép: min 273.34 max
Chọn thộp: 2ỉ14 cú Asc = 307.88(mm 2 ) để bố trớ cho nhịp dầm
Tính toán tương tự và chọn thép cho các dầm còn lại bằng bảng Excel, kết quả được trình bày ở bảng trong phần phụ lục
6.4.3 Tính toán cốt đai cho dầm
Bảng 6.9.Số liệu tính toán cốt thép đai
– Khả năng chịu cắt của bê tông: b3 (1 f n) Rbt b h = 0.6×1×1.2 ×10 ×0.2 ×0.288 = 41.47(kN) Qo 3 max
→ Không phải tính cốt đai cho dầm, bố trí cốt đai theo cấu tạo
– Chọn cốt đai ỉ8, bước đai h
bố trí cho đoạn L/4 gần gối tựa Đoạn L/2 giữa dầm bố trớ đai theo yờu cầu cấu tạo: ỉ8a200
– Tính toán bố trí cốt đai tương tự cho các dầm còn lại.
Tính toán thép cột
6.5.1 Lý thuyết tính toán cột lệch tâm xiên
6.5.1.1 Khái niệm nén lệch tâm xiên
Hình 6.10 Nội lực nén lệch tâm xiên của cột
– Có thể phân moment uốn M thành hai thành phần tác dụng trong hai mặt phẳng chứa trục
Ox và Oy là Mx và My: x y
– Trường hợp khi tính toán nội lực đã xác định và tổ hợp riêng Mx và My theo hai phương thì moment tổng M là: M M 2 x M 2 y
– Góc hợp bởi vectơ của moment tổng M và trục Ox (góc ) được xác định bởi: o y x tg M
MCột chịu nén lệch tâm xiên thường gặp trong các khung khi xét sự làm việc của cột đồng thời chịu uốn theo hai phương
Trong thiết kế cột chịu nén lệch tâm xiên, phần cốt thép thường được đặt theo chu vi và đối xứng qua hai trục để đảm bảo khả năng chịu lực tối ưu Khi mô men uốn lớn xấp xỉ nhau (\( M_x \approx M_y \)), việc sử dụng cột vuông sẽ mang lại hiệu quả cân đối và an toàn hơn trong kết cấu.
– Nội lực để tính toán nén lệch tâm xiên được lấy từ kết quả tổ hợp tải trọng Có độ lệch tâm:
Trong các bộ ba nội lực, N lớn ảnh hưởng đến độ lệch tâm ngẫu nhiên ea theo mỗi phương, đồng thời tác động đến khả năng chịu uốn dọc theo từng hướng Việc đánh giá hệ số uốn dọc theo từng phương là cực kỳ quan trọng để đảm bảo tính chính xác trong phân tích cấu trúc, giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực và an toàn cho công trình.
i được tính theo công thức: t i hi
Với vật liệu đàn hồi, th i
Với bê tông cốt thép , Nth tính theo công thức thực nghiệm
Sơ đồ nội lực tính tính toán được đưa về thành lực N đặt tại điểm D có toạ độ là xeox và yeoy
Điểm E có thể nằm bên trong hoặc bên ngoài tiết diện, ở góc phần tư nào là phụ thuộc vào chiều tác dụng của Mx và My
Sau khi xét độ lệch tâm ngẫu nhiên và uốn dọc thì moment tác dụng theo 2 phương được tăng lên thành M * x và M * y :
Hình 6.11 Sơ đồ nội lực với độ lệch tâm 6.5.1.2 Phương pháp gần đúng tính toán cốt thép cột lệch tâm xiên
Do TCVN chưa có quy định cụ thể về cách tính cột chịu nén lệch tâm xiên, phương pháp tính dựa trên hướng dẫn của GS Nguyễn Đình Cống được sử dụng như một giải pháp gần đúng Phương pháp này biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương để tính cốt thép Tác giả dựa vào hai tiêu chuẩn quốc tế BS8110 và ACI318 để lập ra các công thức và điều kiện phù hợp với TCVN 356 - 2005, đảm bảo tính chính xác và phù hợp trong thiết kế kết cấu thép và bê tông cốt thép.
– Xét tiết diện có cạnh Cx, Cy Điều kiện để áp dụng phương pháp gần đúng là x y
Cốt thép được đặt theo chu vi nhằm tối ưu hóa khả năng chịu lực của kết cấu Trong quá trình thiết kế, các yếu tố như tiết diện chịu lực nén N, các moment uốn Mx, My cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay được tính toán để đảm bảo độ an toàn Sau khi xác định các tác động dọc theo hai phương, hệ số uốn dọc ηx và ηy được sử dụng để tính toán các moment đã gia tăng Mx1, Mx2, giúp nâng cao khả năng chịu lực của kết cấu một cách hiệu quả.
Tùy vào tương quan giữa giá trị Mx1, My1 với các kích thước mà đưa về một trong hai mô hình tính toán theo phương x hay phương y
Bảng 6.10 Mô hình tính toán
Mô hình Theo phương x Theo phương y Điều kiện x1 y1 x y
– Giả thuyết chiều dày lớp vệ a, tính ho = h – a; z = h – 2a
– Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng: 1 b x N
R b – Hệ số chuyển đổi mo:
– Tính moment tương đương (đổi sang nén lệch tâm phẳng): 1 o 2 h
– Độ lệch tâm 1 M e N, với kết cấu siêu tĩnh eo = max(e1, ea)
– Tính toán độ mảnh theo hai phương x ox y oy x y x y
– Dựa vào độ lệch tâm eo và x1 đề phân biệt các trường hợp tính toán:
Trường hợp 1: Nén lệch tâm rất bé khi o o e 0.3
h tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng đến độ lệch tâm: e 1
Hệ số uốn dọc phụ khi xét nén đúng tâm: e (1 )
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc là: e b st e sc b
Trường hợp 2: Nén lệch tâm bé khi o o e 0.3
h và x 1 R o h tính toán theo trường hợp nén lệch tâm bé
Tính lại chiều cao vùng nén x theo công thức sau: R R 2 0
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc là: st b 0 sc
Trường hợp 3: Nén lệch tâm lớn khi o o e 0.3
h và x 1 R o h tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn Diện tích toàn bộ cốt thép dọc là: st 1 0 s
– Sau khi tính toán được giá trị Ast, tính hàm lượng cốt thép st x y
C C so sánh giá trị tính được với hàm lượng cốt thép hợp lý 1 3 % Ngoài ra, theo Điều 5.4.3.2.2, TCVN
Trong thiết kế công trình chịu động đất theo tiêu chuẩn 9386 – 2012, tổng hàm lượng cốt thép dọc μ phải nằm trong khoảng từ 1% đến 4% Đối với các tiết diện ngang đối xứng, việc bố trí cốt thép cần đảm bảo tính đối xứng để nâng cao khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu.
Bảng 6.11 Nội lực cột C3 tầng trệt
– Bước 1: Kiểm tra điều kiện gần đúng cột lệch tâm xiên: x y
– Bước 2: Tính toán độ ảnh hưởng của uốn dọc theo 2 phương:
Chiều dài tính toán:l ox l oy x l 0.7 3800 2660(mm)
Độ lệch tâm ngẫu nhiên: ax ay l 0 C x 2660 700 e e max ; max ; 23.33(mm)
Độ lệch tâm hình học:
Độ lệch tâm tính toán: ox ax 1x oy ay 1y e max(e ;e ) 23.33(mm) e max(e ;e ) 23.33(mm)
Tính hệ số uốn dọc:
Theo phương X: x 13.19 28 x 1 (bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc) x1 x x
Theo phương Y: y 13.19 28 y 1 (bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc) y1 y y
– Bước 3: Quy đổi bài toán lệch tâm xiên sang bài toán lệch tâm phẳng tương đương theo phương X hoặc phương Y: x1 y1 x y a
– Bước 4: Tính toán diện tích cốt thép theo yêu cầu: tính toán tương tự bài toán lệch tâm phẳng, đặt cốt thép theo chu vi và đặt đối xứng
Độ lệch tâm tính toán: 1 M 70.61 1000 e 6.97(mm)
Nén lệch tâm rất bé, tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số độ lệch tâm: e 1 1 1.066
Hệ số uốn dọc phụ khi xét thêm nén đúng tâm: e (1 ) 1 (1 1) 0.04 1
Diện tích toàn bộ cốt thép: e 3 b
– Bước 5: Kiểm tra hàm lượng cốt thép: thỏa yêu cầu về kết cấu: μmin ≤ μ ≤ μmax, với:
μmax = 4%: có thiết kế chống động đất
μmin tùy thuộc vào độ mảnh λ:
Bảng 6.12 Phụ thuộc của μ vào độ mảnh l 0
→ Hàm lượng cốt thép thỏa điều kiện kinh tế (đề xuất): 1% ≤ μ ≤ 3%
Kiểm tra: min 0.05% tt 70.86 100 1.45% max 4%
– Bước 6: Bố trí cốt thép:
Cốt thép dọc cột chịu nén lệch tâm xiên được bố trí theo chu vi tiết diện của cột, đảm bảo sự phân bổ hợp lý và tối ưu Trong đó, cốt thép đặt theo cạnh Cy có mật độ lớn hơn hoặc bằng mật độ cốt thép theo cạnh Cx, giúp tăng cường khả năng chịu lực và độ bền của cột trong các kết cấu xây dựng Việc phân bố cốt thép hợp lý không chỉ nâng cao khả năng chịu nén lệch tâm xiên mà còn đảm bảo tính ổn định và an toàn toàn công trình.
Theo TCXDVN 356 - 2005 có quy định khoảng cách giữa các thanh cốt thép có vị trí thẳng đứng không được nhỏ hơn 50(mm)
Chọn bố trớ 20ỉ22 cú As = 76.03 (cm 2 ) rải đều theo chu vi tiết diện cột
– Kết quả tính thép được trình bày trong phần phụ lục
6.5.3 Tính toán cốt thép đai
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
– Theo TCVN 198 – 1997, Nhà cao tầng – Thiết kế cấu tạo bê tông cốt thép toàn khối, đường kính cốt thép đai: d max
– Trong phạm vi vùng nút khung từ điểm cách mép trên đến đỉnh cách mép dưới của nút một khoảng l1 1 c l ct l h ; ; 450(mm)
, khoảng cỏch đai s6ỉmin;100(mm) Tại cỏc vựng cũn lại:sb ; 1 ỉc 2 min
– Theo Chương 5, TCXDVN 375 - 2006, Thiết kế công trình chịu động đất:
Bảng 6.13.Bảng các 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),
Toàn bộ chiều cao cột nếu cl c l 3 h
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, ρ 1 , min 5.4.3.2.2.(1)P
4 Hàm lượng cốt thép dọc, ρ 1 , max 5.4.3.2.2(.1)P 4%
5 Đường kính cốt đai trong vùng tới hạn d bw , min 5.4.3.2.2(.10)P 6(mm)
6 Khoảng cách giữa các cốt đai trong vùng tới hạn, s, max 5.4.3.2.2.(11) 0 bL min b ;175(mm);8d 2
7 Tỷ số thể tích cơ học trong vùng tới hạn, chân cột ω wd , min 5.4.3.2.2.(9) 0.08
Khoảng cách giữa các thanh cốt thép dọc cạnh nhau trong vùng tới hạn, d h , max
9 Hệ số dẻo khi uốn, μ ỉ , min 5.4.3.2.2.(11b),
10 Biến dạng bê tông trên toàn bộ tiết diện ngang, cu2 , min 5.4.3.2.2.(7)P 0.0035
Hình 6.12 Bố trí thép đai cột 6.5.3.2 Ví dụ tính toán
Bảng 6.14.Nội lực cột C6 tầng trệt
Chiều cao tiết diện cột h c (mm)
– Bước 1: Chọn trước đường kính thép đai và số nhánh đai: doc dai max min; 8(mm)
– Bước 2: Tính khoảng cách đai tính toán chịu cắt trong cột (có thể bỏ qua vì thường bố trí cấu tạo lớn hơn thép tính toán)
– Bước 3: Khoảng cách các lớp cốt đai theo cấu tạo:
Khi Rsc ≤ 400(MPa) thỡ act = min(12ỉmin; 400) = min(240;400) = 240(mm)
– Bước 4: Bố trí cốt đai theo chiều dài cột
Trong khoảng L1 (tại vị trí gần nút):
L max h ;6l;30d;450 max(700;5.49;660;450) 700(mm) l s min(8ỉ ;175(mm)) min(176;175) 175(mm)
Bố trớ đai ỉ8a150 cho đoạn L1 = 700(mm)
Trong khoảng L2: bố trớ theo cấu tạo ỉ8a200 cho đoạn L2 = 2080(mm)
Trong khoảng nút khung: dùng đai kín cho cả dầm và cột với khoảng cách không quá 200(mm)
– Kết quả tính thép được trình bày trong phần phụ lục.
Thiết kế thép vách lõi thang P1
6.7.1 Gán phần tử và lấy nội lực trong ETABS
– Trong ETABS người dùng có thể tổng hợp nội lực để tính toán vách lõi bằng cách gán thuộc tính Pier hay Spandrel cho các phần tử vách
– Vách đứng gán Pier (P) lấy nội lực như cột, vách ngang gán Spandrel (S) lấy nội lực như dầm
– Vì tính toán lõi theo quan điểm các vách trong lõi làm việc chung với nhau nên sinh viên gán Pier và Spendral trong ETABS như sau:
Hình 6.13 Mặt bằng lõi thang
Hình 6.14 Mặt bằng kết quả gán phần tử
Hình 6.15 Mặt cắt kết quả gán phần tử 6.7.2 Cấu tạo của vách
– Để tính toán vách lõi, trước hết phải hiểu rõ cấu tạo và chức năng làm việc của thép trong vách lõi
Hình 6.16 Cấu tạo vách Bảng 6.15.Cấu tạo vách theo TCXDVN 375 - 2006
Thông số Thép dọc Thép ngang Điều
Hàm lượng thép max 4%A c 4%A c 5.3.5.4.(13)P Đường kính thép min 8(mm) 1 doc
Khoảng cách thép min 75(mm) 75(mm) 5.3.5.4.(15)
Khoảng cách thép max min(3b w ; 400) min(3b w ; 400) 5.3.5.4.(15) Hàm lượng thép gia cường vùng biên ≥ 0.5% 4.3.4.2.(10)
Thép đai phân bố theo cấu tạo và có thể sử dụng cốt đai chữ C hoặc chữ S theo tiêu chuẩn TCXDVN 375 - 2006 Đặc biệt, thép đai được bố trí với 4 móc trên mỗi mét vuông để đảm bảo kết cấu vững chắc Khoảng cách tối đa giữa các thép đai theo phương đứng trong điều kiện chịu lực là min(16ỉdoc; 2bw), còn theo phương ngang là 2bw, giúp tối ưu khả năng chịu lực của cấu kiện bê tông cốt thép.
– Thông thường, các vách cứng dạng consol phải chịu tổ hợp nội lực sau: N, Mx, My, Qx, Qy
Vách cứng được bố trí trên mặt bằng nhằm chịu tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng của nó, chủ yếu bỏ qua khả năng chịu mô men ngoài mặt phẳng Mx và lực cắt theo phương vuông góc với mặt phẳng Qy Do đó, trong tính toán kết cấu, chỉ xét tổ hợp nội lực gồm: N, My và Qx để đảm bảo khả năng chịu lực hiệu quả của vách cứng.
Hình 6.17 Nội lực vách cứng
Hiện nay, có nhiều phương pháp tính toán cấu kiện vách, như phương pháp vùng biên chịu moment, phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi và phương pháp kiểm tra bằng biểu đồ tương tác Trong đó, sinh viên thường lựa chọn phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi để thực hiện tính toán sơ bộ hàm lượng thép dọc, nhằm đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong thiết kế cấu kiện vách.
6.7.4 Chia phần tử và phân phối nội lực
Hình 6.18 Phân chia phần tử vách lõi thang P1 Bảng 6.16.Thông số của vách lõi thang P1
Diện tích A 7410000 (mm 2 ) Moment quán tính I x 1.29E+13 (mm 4 ) Moment quán tính I y 8.10E+13 (mm 4 )
– Nội lực được phân phối như sau: x i y i i i x y
Trong đó: P là lực dọc Pier (kN)
Trong phần mềm ETABS, Mx = M2 và My = M3 thể hiện giá trị mô men quay quanh trục X và trục Y, tương ứng với trục 2 và trục 3, tính bằng đơn vị kN.m Các tọa độ xi, yi xác định vị trí trọng tâm của phần tử dựa trên trọng tâm lõi, được đo bằng milimet Việc hiểu rõ các giá trị này giúp phân tích chính xác khả năng chịu lực của kết cấu.
Ix, Iy là moment quán tính đối với trục X, Y của lõi (mm 4 )
Ai là diện tích tiết diện phần tử i (mm 2 )
Ni là lực dọc tác dụng lên phần tử thứ i (kN)
– Quy ước dấu ứng suất: ứng suất dương (+) là nén, ứng suất âm (–) là kéo
6.7.5.1 Thông số tính toán phần tử 1
– Tiến hành lọc lại nội lực với các tổ hợp cơ bản để dễ dàng tính toán như sau:
M2min, M3tương ứng, Ptương ứng
M2max, M3tương ứng, Ptương ứng
M3min, M2tương ứng, Ptương ứng
M3max, M2tương ứng, Ptương ứng
Bảng 6.17.Thông số tính toán phần tử 1
Bảng 6.18 Kết quả phân tích nội lực phần tử 1
Comb4 P min -4518.1 -71.692 -523.957 0.62 203704.90 Nén Comb11 M 2min -8654.53 0.3487 1388.593 1.17 386882.21 Nén Comb12 M 2max -6536.28 -77.5204 -1417.36 0.89 294673.70 Nén Comb8 M 3min -6502.76 -54.5115 -8.547 0.88 291086.42 Nén Comb2 M 3max -6017.1 6.2121 1890.931 0.82 270108.88 Nén
– Thép dọc được sơ bộ như sau:
Phần tử chịu kéo: st s
R Trong đó: Ast là diện tích thép chịu kéo (mm 2 )
N là lực dọc của phần tử (kN)
Rs là cường độ chịu kéo của cốt thép (MPa)
Phần tử chịu nén: đặt thép cấu tạo và kiểm tra khả năng chịu nén:
Trong đó: Ab là diện tích tiết diện bê tông (mm 2 )
Asc là diện tích thép chịu nén (mm 2 )
Rb là cường độ chịu nén của bê tông, Ab = 17(MPa)
Rsc là cường độ chịu nén của cốt thép, Rsc = 365(MPa)
– Tính toán cụ thể phần tử 1:
Phần tử 1 chịu nén nên ta đặt thép cấu tạo và kiểm tra lại khả năng chịu nén của phần tử Chọn thộp dọc cho phần tử 1: ỉ16a150 (As = 1050(mm 2 ))
Kiểm tra hàm lượng cốt thép của phần tử: 1696.5
Kiểm tra khả năng chịu nén của phần tử:
Trong quá trình tính toán, giá trị N đạt 3.622.588,8 N và đã kiểm tra các yếu tố chịu nén theo công thức: 0,85 × Ab × Rb + Asc × Rsc = 5.387.722,5 N Qua đó, nhận thấy tất cả các phần tử đều chịu nén, do đó sẽ bố trí thép theo cấu tạo phù hợp và tiến hành kiểm tra lại khả năng chịu nén của tất cả các phần tử để đảm bảo độ bền và an toàn công trình.
– Kết quả tính thép được trình bày trong phần phụ lục.
Thiết kế vách P2
– Sử dụng phương pháp vùng biên chịu moment để tính toán cho vách đơn P2
Phương pháp này tập trung vào việc xem xét ứng suất phân bố tập trung tại hai vùng biên đầu vách, nơi cốt thép được bố trí nhằm chịu toàn bộ moment Đồng thời, lực dọc trục được giả thiết phân bố đều trên toàn bộ chiều dài của vách, đảm bảo tính chính xác và độ bền của kết cấu.
Hình 6.19 Sơ đồ nội lực tác dụng lên vách 6.8.1 Lý thuyết tính toán
Để bắt đầu, ta giả thiết chiều dài B của vùng biên chịu tác động của moment Trong quá trình phân tích, cần xem xét vách chịu lực dọc trục N cùng với tác động của moment uốn trong mặt phẳng My Moment uốn này tương đương với một cặp ngẫu lực đặt tại hai vùng biên của vách, giúp xác định chính xác các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của kết cấu.
– Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên: l,r b l r
Trong đó: F là diện tích mặt cắt vách
Fb là diện tích vùng vách biên
Bl, Br là chiều dài biên vách trái, biên vách phải
Trong bước 3, cần tính diện tích cốt thép chịu kéo và nén của cột, đặc biệt tập trung vào vùng biên như cột chịu kéo-nén đúng tâm Khả năng chịu lực của cột chịu kéo-nén đúng tâm được xác định dựa trên công thức tính toán chính xác, đảm bảo độ bền vững và an toàn cấu trúc Việc tính toán cốt thép đúng cách giúp đảm bảo khả năng chịu lực hiệu quả của cột trong các điều kiện tải trọng khác nhau.
Ni = φ × (RbAb + RsAs) Trong đó: Rn, Ra là cường độ tính toán chịu nén của bê tông và của cốt thép
Diện tích tiết diện bê tông vùng biên (Fb, Fa) và của cốt thép dọc được xác định dựa trên hệ số giảm khả năng chịu lực do uốn dọc (φ), theo công thức thực nghiệm Hệ số φ chỉ được sử dụng trong khoảng từ 14 đến 104 để đảm bảo tính chính xác của phép tính This ensures the structural safety and durability of reinforced concrete beams subjected to bending stresses.
i là độ mảnh của vách lo là chiều dài tính toán của vách, l0 = 0.7H imin bán kính quán tính của tiết diện theo phương mảnh → imin= 0.288 b
(Khi λ < 28 bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc, lấy φ = 1)
Khi N > 0 (vùng biên chịu nén): diện tích cốt thép được tính: i b b b sc sc
Khi N < 0 (vùng biên chịu kéo), theo giả thiết ban đầu, ứng lực kéo do cốt thép chịu trách nhiệm, khiến diện tích cốt thép chịu kéo được tính theo công thức cụ thể.
Bước 4 trong quy trình kiểm tra cấu tạo bê tông thép yêu cầu kiểm tra hàm lượng cốt thép và cấu tạo, nếu không đáp ứng các tiêu chuẩn, cần tăng kích thước B của vùng biên và tính toán lại từ bước đầu Chiều dài B của vùng biên tối đa là L/2; nếu vượt quá giá trị này, cần nâng cao bề dày vách để đảm bảo tính an toàn Trong trường hợp tính ra Fa < 0, cần đặt cốt thép chịu nén theo đúng thiết kế cấu tạo để đảm bảo khả năng chịu lực của kết cấu.
– Bước 5: Kiểm tra phần giữa vách cấu kiện chịu nén đúng tâm:
Lực tác dụng lên vùng giữa vách: sc bb w
Cốt thép vùng giữa vách: sc b b b sc
Trường hợp bê tông đã đủ khả năng chịu lực thì cốt thép chịu nén trong vùng này được đặt theo cấu tạo
Trong bước 6, cần tính toán cốt thép ngang cho vách và gia cường thép đai ở hai đầu của từng tiết diện bất kỳ nhằm tăng khả năng chịu lực Các ứng suất cục bộ, bao gồm ứng suất tiếp và ứng suất pháp theo phương nằm trong mặt phẳng, thường phát sinh tại hai đầu của vách, vì đây là vị trí truyền lực lớn nhất và có nguy cơ gây ra sự cố Việc gia cường cốt thép ở những vị trí này giúp đảm bảo độ bền và ổn định của vách trong quá trình thi công và sử dụng.
Trong quá trình tính toán cốt đai cho vách, phương pháp tương tự như tính cốt đai cho dầm được áp dụng với công thức chính: φ b3 (1 + φ f + φn)γ b R bt bh o < Qmax < 0.3φwlφ b1 γ b R b bh o Trong đó, hệ số φ b3 bằng 0.6 cho bê tông nặng, còn hệ số φ f bằng 0 để thể hiện ảnh hưởng của cánh chịu nén.
là hệ số xét đến ảnh hưởng lực dọc
Khoảng cách giữa các cốt ngang theo tính toán trên tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất:
2 n bt o sw sw tt 2 max
Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt ngang tính theo bê tông chịu cắt:
Khoảng cách thiết kế của cốt ngang: s = min(stt; smax; sct)
→ Chọn thộp ỉ10 làm cốt ngang, bố trớ đều với khoang cỏch s = 200(mm)
Cốt thép dọc hàm lượng: 1% ≤ μ ≤ 4%
Phải bố trí ít nhất một thanh trung gian giữa các thanh thép ở góc dọc theo mỗi cạnh cột
Đai kín và đai móc vùng tới hạn (vùng biên) đường kính ít nhất là 6(mm)
Vùng biên phải sử dụng đai kín chồng lên nhau để mỗi một thanh cốt thép dọc khác đều được cố định bằng đai kín hoặc đai móc
Lượng cốt thép tối thiều vùng giữa là 0.2%
Cốt thép vùng giữa được liên kết với nhau bằng các thanh đai móc cách nhau khoảng 500(mm)
Cốt thép vùng giữa có đường kính không nhỏ hơn 8mm nhưng không lớn hơn 1/8 bề rộng vách
6.8.3 Tính toán phần tử điển hình
Hình 6.20 Kích thước vách P2 Bảng 6.19 Nội lực vách P2 phần tử (1)
Pier Vị trí Tổ hợp P
Giả thiết chiều dài vùng biên: Btrái = Bphải = 0.25 × L = 0.25 × 2.5 = 0.625(m)
Diện tích vùng biên: Fbiên = 0.3 × 0.625 = 0.1875(m 2 )
Diện tích vùng giữa: Fgiữa = 0.3 × 1.25 = 0.375(m 2 )
Diện tích phẩn tử vách (1): F = 0.3 × 2.5 = 0.75(m 2 )
Độ mảnh ngoài mặt phẳng uốn:
Xác định lực kéo, nén trong vùng biên: trai phai
Tính toán cốt thép cho vùng biên như cột chịu kéo - nén đúng tâm: i st tra 2 s
→ Bố trớ thộp theo cấu tạo Chọn 12ỉ16, cú As = 24.13(cm 2 ) Kiểm tra hàm lượng:
Kiểm tra khả năng chịu lực của vùng giữa:
Lực nén do lực dọc N tác dụng lên vùng giữa vách: giua giua
Cốt thép vùng bụng vách: sc b b b 2 sc
→ Phần vách giữa hai vùng biên đủ khả năng chịu lực, cốt thép vùng giữa đặt theo cấu tạo ỉ16a200
– Kết quả tính thép được trình bày trong phần phụ lục.