ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CHUNG CƯ NGỌC LAN 1 LÔ A QUẬN 7 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Khi thiết kế kết cấu nhà cao tầng, tải trọng ngang là yếu tố rất quan trọng, chiều cao công trình tăng, các nội lực và chuyển vị của công trình do tải trọng ngang gây ra cũng tăng lên nh

H U

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn đến toàn thể các thầy

cô Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP HCM Đặc biệt các thầy

cô trong khoa Xây Dựng đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập tại trường, đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn, những kinh nghiệm hết sức quý giá cho em

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp em đã nhận được sự truyền đạt kiến thức, chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn Với tất

cả tấm lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy PHAN NGỌC CHÂU, những thầy cô đã hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án

tốt nghiệp này

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô, gửi lời cảm ơn đến tất cả người thân, gia đình, cảm ơn tất cả bạn bè đã gắn bó cùng học tập giúp đỡ em trong suốt thời gian học, cũng như trong quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Mặc dù đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành với tất cả sự cố gắng, phấn đấu nổ lực của bản thân Nhưng vì phần kiến thức còn nhiều hạn hẹp và thời gian hạn chế nên chắc hẳn đồ án còn rất nhiều thiếu sót Vậy em kính mong quý Thầy Cô, anh chị và các bạn đóng góp ý kiến

để em có thể bổ sung thêm những khuyết điểm của mình và rút kinh nghiệm cho bản thân

TP Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 05 năm 2011

Sinh viên thực hiện

PHẠM ANH QUỐC AN

H U

MỤC LỤC

PHẦN I: KIẾN TRÚC

Trang

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH

1 SỰ CẦN THIẾT ĐẦU TƯ 2

2 SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TRÌNH 2

3 GIẢI PHÁP MẶT BẰNG VÀ PHÂN KHU CHỨC NĂNG 2

4 GIẢI PHÁP GIAO THÔNG 2

5 ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU–KHÍ TƯỢNG–THỦY VĂN TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2

6 GIẢI PHÁP KỸ THUẬT 3

7 AN TOÀN PHÒNG CHÁY CHỮA CHÁY 3

8 HỆ THỐNG THOÁT RÁC 4

PHẦN II: KẾT CẤU CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN SÀN LẦU 1-LẦU 7 2.1 SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ HỆ DẦM TRỰC GIAO 11

2.2 LỰA CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC THƯỚC CÁC BỘ PHẬN SÀN 11

2.3 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN BẢN SÀN 14

2.4 TÍNH TOÁN CÁC Ô BẢN SÀN 17

2.5 TÍNH TOÁN CÁC Ô BẢN THEO TTGH II 30

2.6 KẾT LUẬN 34

2.7 BỐ TRÍ THÉP SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH 34

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CẦU THANG A.TÍNH TOÁN CẦU THANG TẦNG TRỆT 35

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG 35

3.2 CHỌN KÍCH THƯỚC SƠ BỘ 35

3.2 BỐ TRÍ KẾT CẤU CẦU THANG 36

3.3 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG 37

3.4 VẬT LIỆU 40

3.5 TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CẦU THANG 40

B.TÍNH TOÁN CẦU THANG LẦU 1-LẦU 7

H U

3.6 CHỌN KÍCH THƯỚC SƠ BỘ 45

3.6 BỐ TRÍ KẾT CẤU CẦU THANG 45

3.7 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG 46

3.8 VẬT LIỆU 49

3.9 TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CẦU THANG 49

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI 4.1 CÔNG NĂNG VÀ KÍCH THƯỚC HỒ NƯỚC MÁI 61

4.2 SƠ BỘ CHỌN KÍCH THƯỚC CÁC BỘ PHẬN HỒ NƯỚC MÁI 62

4.3 TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN HỒ NƯỚC 63

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ KHUNG TRỤC 2 5.1 SƠ ĐỒ TÍNH 90

5.2 TẢI TRỌNG 91

5.3 MÔ HÌNH KHÔNG GIAN TRONG ETABS 94

5.5 THIẾT KẾ CỘT KHUNG TRỤC 2 109

5.6 THIẾT KẾ DẦM KHUNG TRỤC 2 119

5.7 BỐ TRÍ CỐT THÉP 126

PHẦN III: NỀN MÓNG CHƯƠNG 6 TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN ĐẤT NỀN VÀ PHƯƠNG ÁN MÓNG 6.1.ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN 128

6.2.LỰA CHỌN GIẢI PHÁP MÓNG 132

CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ MÓNG CỌC ÉP 7.1 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 133

7.2 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TRUYỀN XUỐNG MÓNG 133

7.3 THIẾT KẾ MÓNG M1 135

7.4 THIẾT KẾ MÓNG M2 155

CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI 8.1 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỌC KHOAN NHỒI 170

H U

8.3 THIẾT KẾ MÓNG M1 170 8.4 THIẾT KẾ MÓNG M2 181

H U

PHẦN I

H U

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KIẾN TRÚC

1 SỰ CẦN THIẾT ĐẦU TƯ

Hoà nhập với sự phát triển mang tính tất yếu của đất nước, ngành xây dựng ngày càng giữ vai trò thiết yếu trong chiến lược xây dựng đất nước Vốn đầu tư xây dựng xây dựng cơ bản chiếm rất lớn trong ngân sách nhà nước (40-50%), kể cả đầu

tư nước ngoài Trong những năm gần đây, cùng với chính sách mở cửa nền kinh tế, mức sống của người dân ngày càng được nâng cao kéo theo nhiều nhu cầu ăn ở, nghỉ ngơi, giải trí ở một mức cao hơn, tiện nghi hơn Mặt khác một số thương nhân, khách nước ngoài vào nước ta công tác, du lịch, học tập,…cũng cần nhu cầu ăn ở, giải trí thích hợp

2 SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TRÌNH

Công trình có mặt bằng hình chữ nhật, có tổng diện tích xây dựng 1214 m2 Toàn bộ các mặt chính diện được lắp đặt các hệ thống cửa sổ để lấy ánh sáng xen kẽ với tường xây Dùng tường xây dày 200mm làm vách ngăn ở những nơi tiếp giáp với bên ngoài, tường xây dày 100 mm dùng làm vách ngăn ngăn chia các phòng trong một căn hộ…

3 GIẢI PHÁP MẶT BẰNG VÀ PHÂN KHU CHỨC NĂNG

- Số tầng: 1 tầng hầm, 1 tầng trệt + 7 tầng lầu + một sân thượng (tầng mái)

- Phân khu chức năng:

Công trình được phân khu chức năng từ dưới lên trên

+ Tầng hầm: là nơi để xe

+ Tầng trệt: làm văn phòng, sảnh

+ Lầu 1-7: dùng làm căn hộ, có 8 căn hộ mỗi tầng

+ Tầng mái: có hệ thống thoát nước mưa, hồ nước mái, hệ thống chống sét

4 GIẢI PHÁP ĐI LẠI

4.1 Giao thông đứng

Giao thông đứng liên hệ giữa các tầng thông qua hệ thống hai thang máy khách, mỗi cái 8 người, tốc độ 120m/ phút, chiều rộng cửa 1000mm, đảm bảo nhu cầu lưu thông cho khoảng 300 người với thời gian chờ đợi khoảng 40s Bề rộng cầu thang bộ là 1.575 m được thiết kế đảm bảo yêu cầu thoát người nhanh, an toàn khi

có sự cố xẩy ra Cầu thang bộ và cầu thang máy được đặt ở vị trí trung tâm nhằm đảm bảo khoảng cách xa nhất đến cầu thang nhỏ hơn 20m để giải quyết việc phòng cháy chữa cháy

4.2 Giao thông ngang

Giao thông trên từng tầng thông qua hệ thống giao thông rộng 2 m nằm giữa mặt bằng tầng, đảm bảo lưu thông ngắn gọn, tiện lợi đến từng căn hộ

5 ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU–KHÍ TƯỢNG–THỦY VĂN TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

- Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, chia làm

2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô

- Các yếu tố khí tượng:

 Nhiệt độ trung bình năm: 26oC

 Nhiệt độ thấp nhất trung bình năm: 22oC

 Nhiệt độ cao nhật trung bình năm: 30oC

H U

 Số giờ nắng trung bình khá cao

 Lương mưa trung bình năm: 1000-1800mm/năm

 Độ ẩm tương đối trung binh: 78%

 Hướng gió chính thay đổi theo mùa

 Mùa khô: Từ Bắc chuyển dần sang Đông, Đông Nam và Nam

 Mùa mưa: Tây-Nam và Tây

 Tầng suất lặng gió trung bình hằng năm là 26%

- Thủy triều tương đối ổn định, ít xẩy ra những hiện tượng biến đổi về dòng nước

, không có lụt lội chỉ có ở những vùng ven thỉnh thoảng xảy ra

6 GIẢI PHÁP KỸ THUẬT

6.1 Điện

Công trình sử dụng điện cung cấp từ hai nguồn: Lưới điện thành phố và máy phát điện riêng Toàn bộ đường dây điện được đi ngầm ( được tiến hành lắp đặt đồng thời trong quá trình thi công ) Hệ thống cấp điện chính đi trong các hộp kỹ thuật và phải đảm bảo an toàn không đi qua các khu vục ẩm ướt, tạo điều kiện dể dàng khi sửa chữa Ở mỗi tầng đều có lắp đặt hệ thống an toàn điện: hệ thống ngắt điện tự động từ 1A đến 80A được bố trí (đảm bảo an toàn phòng cháy nổ)

6.2 Hệ thông cung cấp nước

- Công trình sử dụng nước từ hai nguồn: nước ngầm và nước máy Tất cả được

chứa trong bể nước ngầm đặt ngàm ở tầng hầm Sau đó được hệ thống máy bơm lên hồ nước mái và từ đó nước được phân phối cho các tầng của công trình theo các đường ống dẫn nước chính

- Các đường ống đứng qua các tầng đều được bọc trong hộp gaine Hệ thống cấp

nước đi ngầm trong các hộp kỹ thuật Các đường ống cứu hỏa chính được bố trí ở mỗi tầng

6.3 Hệ thống thoát nước

Nuớc mưa từ mái sẽ được thoát theo các lổ chảy ( bề mặt mái được tạo dốc )

và chảy vào các ống thoát nước mưa (=140mm) đi xuống dưới Riêng hệ thống thoát nước thải sử dụng sẽ bố trí riêng

6.4 Hệ thống thông gió và chiếu sáng

Chiếu sáng

Toàn bộ tòa nhà được chiếu sáng bằng ánh sáng tự nhiên và bằng điện Ở tại các lối đi lên xuống cầu thang, hành lang và nhất là tầng hầm đều có lắp đặt thêm đèn chiếu sáng

Thông gió

Ở các tầng đều có cửa sổ tạo sự thông thoáng tự nhiên Riêng tầng hầm có bố trí thêm hệ thống thông gió và chiếu sáng

7 AN TOÀN PHÒNG CHÁY CHỮA CHÁY

- Trang bị các bộ súng cứu hoả (ống gai 20 dài 25m, lăng phun 13) đặt tại

phòng trực, có 01 hoặc 02 vòi cứu hoả ở mỗi tầng tuỳ thuộc vào khoảng không ở mỗi tầng và ống nối được cài từ tầng một đến vòi chữa cháy và các bảng thông báo cháy

- Các vòi phun nước tự động được đặt ở tất cả các tầng theo khoảng cách 3m một

cái và được nối với các hệ thống chữa cháy và các thiết bị khác bao gồm bình chữa

- Hoá chất: sử dụng một số lớn các bình cứu hoả hoá chất đặt tại các nơi như cửa

ra vào kho, chân cầu thang mỗi tầng

8 HỆ THỐNG THOÁT RÁC

Rác thải được chứa ở gian rác, bố trí ở tầng hầm , có một bộ phận chứa rác ở ngoài Gaine rác được thiết kế kín đáo, tránh làm bốc mùi gây ô nhiễm

H U

PHẦN II

H U

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN HỆ CHỊU LỰC

CHÍNH CỦA CÔNG TRÌNH

1.1 PHÂN TÍCH HỆ CHỊU LỰC

1.1.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA NHÀ CAO TẦNG

“Ngôi nhà mà chiều cao của nó là yếu tố quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với ngôi nhà thông thường thì gọi là nhà cao tầng”

Đó là định nghĩa về nhà cao tầng do Ủy ban Nhà cao tầng Quốc tế đưa ra

Đặc trưng chủ yếu của nhà cao tầng là số tầng nhiều, độ cao lớn, trọng lượng nặng Đa số nhà cao tầng lại có diện tích mặt bằng tương đối nhỏ hẹp nên các giải pháp nền móng cho nhà cao tầng là vấn đề được quan tâm hàng đầu Tùy thuộc môi trường xung quanh, địa thế xây dựng, tính kinh tế, khả năng thực hiện kỹ thuật,…

mà lựa chọn một phương án thích hợp nhất Ở Việt Nam, phần lớn diện tích xây dựng nằm trong khu vực đất yếu nên thường phải lựa chọn phương án móng sâu để chịu tải tốt nhất Cụ thể ở đây là móng cọc

Tổng chiều cao của công trình lớn, do vậy ngoài tải trọng đứng lớn thì tác động của gió và động đất đến công trình cũng rất đáng kể Do vậy, đối với các nhà cao hơn 40m thì phải xét đến thành phần động của tải trọng gió và cần để ý đến các biện pháp kháng chấn một khi chịu tác động của động đất Kết hợp với giải pháp nền móng hợp lý và việc lựa chọn kích thước mặt bằng công trình (B và L) thích hợp thì sẽ góp phần lớn vào việc tăng tính ổn định, chống lật, chống trượt và độ bền của công trình

Khi thiết kế kết cấu nhà cao tầng, tải trọng ngang là yếu tố rất quan trọng, chiều cao công trình tăng, các nội lực và chuyển vị của công trình do tải trọng ngang gây ra cũng tăng lên nhanh chóng Nếu chuyển vị ngang của công trình quá lớn sẽ làm tăng giá trị các nội lực, do độ lệch tâm của trọng lượng, làm các tường ngăn và các bộ phận trong công trình bị hư hại, gây cảm giác khó chịu, hoảng sợ, ảnh hưởng đến tâm lý của người sử dụng công trình Vì vậy, kết cấu nhà cao tầng không chỉ đảm bảo đủ cường độ chịu lực, mà còn phải đảm bảo đủ độ cứng để chống lại các tải trọng ngang, sao cho dưới tác động của các tải trọng ngang, dao động và chuyển vị ngang của công trình không vượt quá giới hạn cho phép Việc tạo ra hệ kết cấu để chịu các tải trọng này là vấn đề quan trọng trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng

Mặt khác, đặc điểm thi công nhà cao tầng là theo chiều cao, điều kiện thi công phức tạp, nguy hiểm Do vậy, khi thiết kế biện pháp thi công phải tính toán kỹ, quá trình thi công phải nghiêm ngặt, đảm bảo độ chính xác cao, đảm bảo an toàn lao động và chất lượng công trình khi đưa vào sử dụng

Như vậy, khi tính toán và thiết kế công trình, đặc biệt là công trình nhà cao tầng thì việc phân tích lựa chọn kết cấu hợp lý cho công trình đóng vai trò vô cùng quan trọng Nó không những ảnh hưởng đến độ bền, độ ổn định của công trình mà còn ảnh hưởng đến sự tiện nghi trong sử dụng và quyết định đến giá thành công trình

H U

1.1.2 HỆ CHỊU LỰC CHÍNH CỦA NHÀ CAO TẦNG

Chung cư Ngọc Lan có chiều cao là 27.8 m (so với mặt đất tự nhiên) gồm 10 tầng (1 hầm + 1 trệt + 7 lầu + 1 tầng mái) Do đó việc lựa chọn hệ chịu lực hợp lý cho công trình là điều rất quan trọng Dưới đây ta xem xét một số hệ chịu lực thường dùng cho nhà cao tầng:

1.1.2.1 Hệ khung chịu lực

Kết cấu khung bao gồm hệ thống cột và dầm vừa chịu tải trọng thẳng đứng vừa chịu tải trọng ngang Cột và dầm trong hệ khung liên kết với nhau tại các nút khung, quan niệm là nút cứng Hệ kết cấu khung được sử dụng hiệu quả cho các công trình có yêu cầu không gian lớn, bố trí nội thất linh hoạt, phù hợp với nhiều loại công trình Yếu điểm của kết cấu khung là khả năng chịu cắt theo phương ngang kém Ngoài ra, hệ thống dầm của kết cấu khung trong nhà cao tầng thường có chiều cao lớn nên ảnh hưởng đến công năng sử dụng của công trình và tăng độ cao của ngôi nhà, kết cấu khung bê tông cốt thép thích hợp cho ngôi nhà cao không quá

20 tầng Vì vậy, kết cấu khung chịu lực không thể chọn để làm kết cấu chịu lực chính cho công trình này

1.1.2.2 Hệ tường chịu lực

Trong hệ kết cấu này, các tấm tường phẳng, thẳng đứng là cấu kiện chịu lực chính của công trình Dựa vào đó, bố trí các tấm tường chịu tải trọng đứng và làm gối tựa cho sàn, chia hệ tường thành các sơ đồ: tường dọc chịu lực; tường ngang chịu lực; tường ngang và dọc cùng chịu lực

Trường hợp tường chịu lực chỉ bố trí theo một phương, sự ổn định của công trình theo phương vuông góc được bảo đảm nhờ các vách cứng Khi đó, vách cứng không những được thiết kế để chịu tải trọng ngang và cả tải trọng đứng Số tầng có thể xây dựng được của hệ tường chịu lực đến 40 tầng

Tuy nhiên, việc dùng toàn bộ hệ tường để chịu tải trọng ngang và tải trọng đứng có một số hạn chế:

Gây tốn kém vật liệu;

Độ cứng của công trình quá lớn không cần thiết;

Thi công chậm;

Khó thay đổi công năng sử dụng khi có yêu cầu

1.1.2.3 Hệ khung - tường chịu lực

Là một hệ hỗn hợp gồm hệ khung và các vách cứng, hai loại kết cấu này liên kết cứng với nhau bằng các sàn cứng, tạo thành một hệ không gian cùng nhau chịu lực

Khi các liên kết giữa cột và dầm là khớp, khung chỉ chịu một phần tải trọng đứng, tương ứng với diện tích truyền tải đến nó, còn toàn bộ tải trọng ngang do hệ tường chịu lực (vách cứng)

Khi các cột liên kết cứng với dầm, khung cùng tham gia chịu tải trọng đứng và

tải trọng ngang với vách cứng, gọi là sơ đồ khung - giằng Sàn cứng là một trong

những kết cấu truyền lực quan trọng trong sơ đồ nhà cao tầng kiểu khung – giằng

Để đảm bảo ổn định của cột, khung và truyền được các tải trọng ngang khác nhau

1.1.3 SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

Qua xem xét, phân tích các hệ chịu lực như đã nêu trên và dựa vào các đặc điểm của công trình như giải pháp kiến trúc, ta có một số nhận định sau đây để lựa chọn hệ kết cấu chịu lực chính cho công trình như sau:

- Do vậy, trong đồ án này ngoài các bộ phận tất yếu của công trình như: cầu

thang, hồ nước , hệ chịu lực chính của công trình được chọn là khung – tường

chịu lực, vì hệ này có những ưu điểm như trên, phù hợp với qui mô công trình, và

sơ đồ này có thể cho phép giảm kích thước cột tối đa trong phạm vi cho phép, vì khung có độ cứng chống uốn tốt, nhưng độ cứng chống cắt kém, còn vách cứng thì ngược lại, có độ cứng chống cắt tốt nhưng độ cứng chống uốn kém Sự tương tác giữa khung và vách khi chịu lực tải trọng ngang đã tạo ra một hiệu ứng có lợi cho

sự làm việc của kết cấu hỗn hợp khung – vách Tuy nhiên, trong hệ kết cấu này các vách cứng chỉ chịu lực trong mặt phẳng Vì vậy, để đảm bảo độ cứng không gian cho công trình, thì phải bố trí các vách cứng theo cả hai phương và được liên kết với nhau tạo thành lõi cứng

- Việc bố trí vách trong nhà cao tầng rất quan trọng, ứng với đặc điểm của mặt bằng công trình, trong đồ án bố trí các vách theo cả hai phương, liên kết với nhau tạo thành lõi cứng được đặt tại tâm công trình, và có độ cứng EJ theo hai phương gần bằng nhau, tránh hiện tượng công trình bị xoắn khi dao động

- Và để tận dụng hết khả năng chịu lực của vách cứng, sàn là một trong những kết cấu truyền lực quan trọng trong nhà nhiều tầng kiểu khung giằng Không những

có chức năng đảm bảo ổn định tổng thể của hệ thống cột, khung, đồng thời truyền các tải trọng ngang khác sang hệ vách cứng Sàn cứng còn có khả năng phân phối lại nội lực trong hệ vách cứng Do đó, phải lựa chọn các phương án sàn sao cho công trình kinh tế nhất, ổn định nhất, và mỹ quan nhất… Trong đồ án này chọn phương án sàn để thiết kế là:

 Phương án sàn sườn có hệ dầm trực giao (vì diện tích các ô sàn lớn)

Mô hình rời rạc (Phương pháp phần tử hữu hạn): Rời rạc hoá toàn bộ hệ chịu lực của nhà nhiều tầng, tại những liên kết xác lập những điều kiện tương thích về

Mô hình Rời rạc - Liên tục : Từng hệ chịu lực được xem là Rời rạc , nhưng

các hệ chịu lực này sẽ liên kết lại với nhau thông qua các liên kết trượt (lỗ cửa, mạch lắp ghép , ) xem là liên tục phân bố liên tục theo chiều cao Khi giải quyết bài toán này ta thường chuyển hệ phương trình vi phân thành hệ phương trình tuyến tính bằng phương pháp sai phân Từ đó giải các ma trận và tìm nội lực

Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) : Trong phương pháp phần tử hữu hạn vật thể thực liên tục được thay thế bằng một số hữu hạn các phần

tử rời rạc có hình dạng đơn giản, có kích thước càng nhỏ càng tốt nhưng hữu hạn, chúng được nối với nhau bằng một số điểm quy định được gọi là nút Các vật thể này vẫn được giữ nguyên là các vật thể liên tục trong phạm vi của mỗi phần tử, nhưng có hình dạng đơn giản và kích thước bé nên cho phép nghiên cứu dễ dàng hơn dựa trên cơ sở quy luật về sự phân bố chuyển vị và nội lực (chẳng hạn các quan

hệ được xác lập trong lý thuyết đàn hồi) Các đặc trưng cơ bản của mỗi phần tử được xác định và mô tả dưới dạng các ma trận độ cứng ( hoặc ma trận độ mềm) của phần tử Các ma trận này được dùng để ghép các phần tử lại thành một mô hình rời rạc hóa của kết cấu thực cũng dưới dạng một ma trận độ cứng (hoặc ma trận độ mềm) của cả kết cấu Các tác động ngoài gây ra nội lực và chuyển vị của kết cấu được quy đổi về các thành các ứng lực tại các nút và được mô tả trong ma trận tải trọng nút tương đương Các ẩn số cần tìm là các chuyển vị nút (hoặc nội lực) tại các điểm nút được xác định trong ma trận chuyển vị nút (hoặc ma trận nội lực nút) Các

ma trận độ cứng, ma trận tải trọng nút và ma trận chuyển vị nút được liên hệ với nhau trong phương trình cân bằng theo quy luật tuyến tính hay phi tuyến tùy theo ứng xử thật của kết cấu Sau khi giải hệ phương trình tìm được các ẩn số, người ta

có thể tiếp tục xác định được các trường ứng suất, biến dạng của kết cấu theo các quy luật đã được nghiên cứu trong cơ học Sau đây là thuật toán tổng quát của phương pháp PTHH

1 Rời rạc hóa kết cấu thực thành thành một lưới các phần tử chọn trước cho phù hợp với hình dạng hình học của kết cấu và yêu cầu chính xác của bài toán

2 Xác định các ma trận cơ bản cho từng phần tử (ma trận độ cứng, ma trận tải trọng nút, ma trận chuyển vị nút ) theo trục tọa độ riêng của phần tử

3 Ghép các ma trận cơ bản cùng loại thành ma trận kết cấu theo trục tọa độ chung của cả kết cấu

4 Dựa vào điều kiện biên và ma trận độ cứng của kết cấu để khử dạng suy biến của

nó

5 Giải hệ phương trình để xác định ma trận chuyển vị nút cả kết cấu

6 Từ chuyển vị nút tìm được, xác định nội lực cho từng phần tử

7 Vẽ biểu đồ nội lực cho kết cấu

Thật toán tổng quát trên được sử dụng cho hầu hết các bài toán phân tích kết cấu: phân tích tĩnh, phân tích động và tính toán ổn định kết cấu

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển và thuận lợi của máy vi tính,

ta có rất nhiều chương trình tính toán khác nhau, với các quan niệm tính toán và sơ

đồ tính khác nhau Trong nội dung của đồ án tốt nghiệp này với sự trợ giúp của

Đôi nét về phần mềm SAP2000: SAP (Structural Analysis Program) là chương

trình phân tích thiết kế kết cấu chịu tác động của tải trọng: tĩnh di động, động lực học, ổn định công trình, nhiệt độ, động đất , với giả thuyết kết cấu có biến dạng nhỏ (tuyến tính) hoặc có biến dạng lớn (phi tuyến) Sap được khởi thảo từ năm 1970 của một nhóm các nhà khoa học do giáo sư Edward L.Winlson chủ trì thực hiện tại Trường đại học Berkley bang California Hệ thống Sap đã qua nhiều thế hệ, từ các chương trình SAP, SOLID SAP, SAPIII và SAPIV – chạy trên các máy tính điện tử thế hệ cũ có trước những năm 80 và sau đó là SAP80, SAP86, SAP90 và sau cùng

là SAP2000 chạy trên WINDOWS SAP2000 là một đột phá của họ phần mềm SAP

do hãng CSI đưa ra vào cuối những năm 90 đầu năm 2000

Đôi nét về phần mềm ETABS: là phần mềm rất mạnh để tính toán kết cấu nhà

cao tầng, cũng như SAP phần mềm ETABS do hãng CSI đưa ra vào những năm 80 được phát triển từ TABS Cũng dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn nhưng ETABS có đặc điểm nổi trội hơn so với SAP là có thể mô hình nhà cao tầng một cách dễ dàng nhờ tính năng “similar” , có thể phân biệt dầm, sàn, cột, vách cứng làm điều này giảm thời gian mô hình và thiết kế kết cấu

H U

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

2.1 SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ HỆ DẦM TRỰC GIAO

Trong thực tế, thường gặp sàn bản kê bốn cạnh có và lớn hơn 6m, về

nguyên tắc ta vẫn tính ô sàn này thuộc bản kê bốn cạnh Nhưng với nhịp lớn, nội lực trong bản lớn, chiều dày bản tăng lên, độ võng của bản sàn cũng tăng, đồng thời trong quá trình sử dụng, bản sàn sẽ bị rung Để khắc phục nhược điểm này, người ta phải bố trí thêm dầm ngang và các dầm dọc thẳng góc nhau, để chia ô bản thành nhiều ô bản

nhỏ có kích thước nhỏ hơn 6m Trường hợp này gọi là sàn có hệ dầm trực giao

Tính toán, kiểm tra độ võng ô sàn

2.2 LỰA CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC THƯỚC CÁC BỘ PHẬN SÀN

- Việc bố trí mặt bằng kết cấu của sàn phụ thuộc vào mặt bằng kiến trúc và bố trí các kết cấu chịu lực chính

- Kích thước tiết diện các bộ phận sàn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng của chúng trên mặt bằng

2.2.1 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm

- Chiều cao tiết diện dầm được chọn theo nhịp:

D7 200X400

D8 300X750 D7 200X400

- Tải trọng ngang truyền vào vách cứng, lõi cứng thông qua sàn

- Sàn không bị rung động, dịch chuyển khi chịu tải trong ngang (gió, bão, động đất…) ảnh hưởng đến công năng sử dụng

- Chiều dày của bản sàn được tính sao cho trên sàn không có hệ dầm

đỡ các tường ngăn mà không tăng độ võng của sàn

- Chiều dày bản sàn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng Sơ bộ xác định chiều dày theo biểu thức:

h m

 (2.3) trong đó:

D = 0.8 ÷ 1.4 - hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào hoạt tải sử dụng;

H U

m = 30 ÷ 35 - đối với bản một phương;

m = 40 ÷ 45 - đối với bản hai phương;

l -nhịp cạnh ngắn ô bản

Chọn là số nguyên theo cm, đồng thời đảm bảo điều kiện cấu tạo:

≥ ( đối với sàn nhà dân dụng = 6 cm )

Bảng 2.2: Chiều dày sàn và phân loại ô sàn

Chọn sơ bộ chiều dày = 120 mm

2.3 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN BẢN SÀN

2.3.1 Tĩnh tải

Bao gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn:

g=gi.ngi (2.4) trong đó:

Loại

ô bản

Chiều dày (cm)

Chọn

(cm)

S1 4.2 4.75 1.13 19.95 2 phương 11 12 S2 4.5 4.75 1.05 21.38 2 phương 11 12 S3 3.3 8.4 2.55 27.72 1 phương 11.6 12 S4 2.9 2.9 1 8.41 2 phương 11 12 S5 2.9 6.1 2.1 17.69 1 phương 11 12 S6 2.05 3.3 1.61 6.77 2 phương 6.8 12 S7 2.9 8.4 2.89 24.36 1 phương 11 12

p – tải trọng tiêu chuẩn lấy theo bảng 3 TCVN 2737 – 1995 phụ

thuộc vào công năng cụ thể của các phòng;

Bảng 2.4: Giá trị hoạt tải của ô sàn

2.3.3 Tải trọng tường xây

Tường bao che dày 20cm, g = 3.3 ( kN/m2), chiều cao của tường 2.6m, tổng chiều dài tường 320m

Tường ngăn dày 10cm, g = 1.8 ( kN/m2), chiều cao tường 2.6m, tổng chiều dài tường 390m

(mm)

Trọng lượng riêng (kN/m 3 )

Hệ số

độ tin cậy

Tải trọng tính toán ( kN/m2)

Tải trọng tính toán ( kN/m2)

Hệ số tin cậy

n

Hoạt tải tính toán (kN/ m 2 ) S1 19.95 1.5 1.3 1.95

Giả thiết tính toán:

- Các ô bản một phương được tính toán như các ô bản đơn, không xét đến ảnh hưởng của ô bản kế cận

- Các ô bản được tính theo sơ đồ đàn hồi

H U

2 1

M =

12 (2.7)

2 1

M =

24 (2.8) trong đó:

Hoạt tải (kN/ )

Tổng tải trọng (kN/ )

Momen gối (kNm/m)

Momen nhịp (kNm/m)

 

 (2.10) Nếu m< R  Bài toán đặt cốt đơn

      (2.13) với:

S

.R R



   (2.14) trong đó:

R

 : phụ thuộc vào cấp độ bền bêtông;

b

 = 0.85 đối với bêtông nặng;

Theo TCVN qui định: min= 0.05%, nhưng đối với bản hàm lượng  hợp

h  và không cho phép xoay nên ta coi bản được ngàm vào

dầm nên ô bản có sơ đồ tính là 4 cạnh ngàm như hình 2.8 và thuộc loại ô bản số 9

Hình 2.3: Sơ đồ tính và vị trí momen trong bản 2 phương

H U

Xét ô bản số 9 (bốn cạnh ngàm):

Hình 2.4: Biểu đồ momen của ô sàn

- Momen dương lớn nhất ở giữa bản được tính theo công thức:

m ,m - lần lượt là hệ số momen nhịp của ô bản thứ 9 theo

phương L ,L1 2, được xác định bằng cách tra bảng – phụ thuộc vào 2

1

L ; L

L

- Cốt thép được tính với dải bản có bề rộng b = 1m theo cả hai phương

và được tính toán như cấu kiện chịu uốn

 ao=2cm;lớp bê tông bảo vệ (khoảng cách mép cốt thép đến mép bêtông gần nhất

 = 2.5cm; khoảng cách từ mép bêtông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo lớp dưới (phương )

 

 Nếu m< R  Bài toán đặt cốt đơn

      với:

S

.R R



   trong đó:

R

 : phụ thuộc vào cấp độ bền bêtông;

b

 = 0.85 đối với bêtông nặng;

Theo TCVN qui định: min= 0.05%, nhưng đối với bản hàm lượng  hợp

m ,m - lần lượt là hệ số momen nhịp của ô bản thứ 9 theo

phương L ,L1 2, được xác định bằng cách tra bảng – phụ thuộc vào 2

1

L L

- Cốt thép được tính với dải bản có bề rộng b = 1m theo cả hai phương

và được tính toán như cấu kiện chịu uốn

 ao=2cm;lớp bê tông bảo vệ (khoảng cách mép cốt thép đến mép bêtông gần nhất

 = 2.5cm; khoảng cách từ mép bêtông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo lớp dưới (phương )

 = 12 – 2.5 =9.5cm

 = + 1cm = 3.5cm; khoảng cách từ mép bêtông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo lớp trên (phương )

 

 Nếu m< R  Bài toán đặt cốt đơn

      với:

S

.R R



   trong đó:

R

 : phụ thuộc vào cấp độ bền bêtông;

b

 = 0.85 đối với bêtông nặng;

Theo TCVN qui định: min= 0.05%, nhưng đối với bản hàm lượng  hợp

2.4.4 Tính toán bản số 6 (bản chiếu tới của cầu thang)

Chiều dài tính toán của bản:

1 2

l l

Do đó, bản chiếu tới là bản làm việc 2 phương

h h

Do đó, bản chiếu tới liên kết khớp với dầm thang

Bản chiếu tới và dầm thang có thể thi công đồng thời, nên ta xét tỷ số

d

s

h 120   Do đó ta coi sàn liên kết ngàm với dầm.Vì thế, sinh viên chọn

sơ đồ tính cho bản chiếu tới gồm 3 cạnh liên kết ngàm và 1 cạnh liên kết khớp

m ,m - lần lượt là hệ số momen nhịp của ô bản thứ 9 theo

phương L ,L1 2, được xác định bằng cách tra bảng – phụ thuộc vào 2

1

L L

- Cốt thép được tính với dải bản có bề rộng b = 1m theo cả hai phương

và được tính toán như cấu kiện chịu uốn

 ao=2cm; lớp bê tông bảo vệ (khoảng cách mép cốt thép đến mép bêtông gần nhất

 = 2.5cm; khoảng cách từ mép bêtông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo lớp dưới (phương )

 

 Nếu m< R  Bài toán đặt cốt đơn

 Từ mta suy ra:

      với:

S

.R R



   trong đó:

R

 : phụ thuộc vào cấp độ bền bêtông;

b

 = 0.85 đối với bêtông nặng;

Theo TCVN qui định: min= 0.05%, nhưng đối với bản hàm lượng  hợp

f 1 - Độ võng do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng;

f 2 - Độ võng do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn;

f 3 - Độ võng do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn

Mỗi thành phần độ võng xác định theo công thức:

4 1

1384

c n

B - Là độ cứng tương đương của bê tông

Độ cứng tương đương của bê tông xác định theo công thức:

o

h z B

E s , E b - Modun đàn hồi của thép và bê tông;

b

 - Hệ số xét đến sự làm việc của cốt thép b= 0.9;

- Hệ số đàn hồi của bê tông

 = 0.15 khi tính toán với tải trọng tác dụng dài hạn

 = 0.45 khi tính toán với tải trọng tác dụng ngắn hạn;

o

h - Chiều cao có ích của tiết diện

h 0 = h – a; (2.26)

z- Cánh tay đòn nội lực





' 1

b

E E

  , c 2

bn o

M L

H U

Tiết diện được xét xem như dầm có kích thước 100x12 cm

Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên sàn S6 được tính như sau

s

A = 0

Vậy: '  0 ;  ' 0; T  ; 0

M c = k 91 q c l 1 l 2 = 0.0450x7.95x4.5x5 = 8.05 kNm => 8.05 106 2 0.037

22 1000 100

x L

Với: W là modun chống uốn của tiết diện ở giai đoạn Ia (giai đoạn ngay n

trước khi bê tông bị nứt)

s b

E E

1.8 3167 10

6.02 10

btn n s

2.5.3 Tính độ võng f 3 do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn

Tải trọng dài hạn tiêu chuẩn tác dụng lên sàn S6 được tính như sau

1.8 3167 10

6.02 10

btn n s

- Cốt thép sàn tầng điển hình được bố trí trong bản vẽ KC – 01/06 có thể sai khác một

chút ít so với tính toán để tiện lợi hơn khi thi công nhưng vẫn đảm bảo an toàn

H U

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CẦU THANG BỘ

A TÍNH TOÁN CẦU THANG TẦNG TRỆT 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Cầu thang là bộ phận rất quan trọng trong tòa nhà, có chức năng giao thông theo phương đứng, thoát hiểm và lưu thông không khí trong nhà

Chiều rộng của bản thang tùy thuộc vào lượng người lưu thông

Độ dốc của cầu thang được quyết định bởi tỷ lệ chiều cao (h) và chiều rộng của bậc thang (b), có quan hệ mật thiết với khoảng rộng của bước đi, được tính theo công thức: 2h + b = (600; 620; 650)mm Thông thường độ cao của bậc thang từ 150 đến 200mm, chiều rộng tương ứng từ 240 đến 300mm

Chiều rộng của chiếu nghỉ không được nhỏ hơn chiều rộng của bản thang, đồng thời phải thuận tiện trong quá trình lưu thông

Chiều cao của lan can có liên quan mật thiết với độ dốc của cầu thang Thông thường chiều cao của lan can tính từ trung tâm của mặt bậc thang đến mặt trên của tay vịn là 900mm

Cầu thang trong đồ án là cầu thang 2 vế dạng bản chịu lực

h l

h bậc (3.3) Đây là dạng cầu thang 2 vế gồm 20 bậc, mỗi vế 10 bậc, kích thước bậc thang

hbxlb=200x300mm

3.1.2 Chọn sơ bộ kích thước bản thang

Bản thang làm việc như bản 1 phương

Kích thước bản thang được chọn sơ bộ theo công thức:

L – chiều dài nhịp bản thang

Chọn chiều dày bản thang: hbt = 120mm

3.1.4 Chọn sơ bộ kích thước dầm thang

Kích thước sơ bộ dầm thang được chọn theo sơ đồ dầm 1 nhịp như sau:

3.2 BỐ TRÍ KẾT CẤU CẦU THANG

Chọn kết cấu bản phẳng chịu lực cho thang bộ Do điều kiện thi công, bản thang không liên kết vào tường mà gối lên các dầm chiếu nghỉ và chiếu tới Kết cấu được bố trí như hình bên dưới: