KIẾN TRÚC
TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC
Công trình chung cư 17 tầng và 1 tầng hầm giả thiết được xây dựng ở Tp.HCM
Chức năng sử dụng của công trình là cho thuê hoặc bán cho người có nhu cầu về nhà ở, tầng hầm dùng để làm nơi chứa xe
Tổng chiều cao công trình là 60.5 m với tầng hầm có chiều cao là 3m, các tầng thương mại cao 5m, các tầng điển hình cao 3.6 m, tầng mái cao 3.6 m
Khu vực xây dựng nằm xa trung tâm thành phố, cho phép diện tích mặt bằng xây dựng rộng rãi Để nâng cao tính thẩm mỹ cho công trình, có thể trang trí tiểu cảnh và trồng hoa xung quanh Mặt đứng chính của công trình hướng về phía tây.
Kích thước mặt bằng sử dụng là hình vuông (29m × 49m), công trình được xây dựng ở khu vực đất nền tương đối tốt.
PHÂN KHU CHỨC NĂNG
Tầng hầm chủ yếu được sử dụng để đỗ xe và lắp đặt các thiết bị như máy bơm nước và máy phát điện Ngoài ra, còn có các kho phụ, phòng bảo vệ, và các phòng kỹ thuật cho điện, nước, và chữa cháy Hệ thống hồ chứa nước được đặt tại một góc của tầng hầm.
Tầng trệt của chung cư được phân chia thành nhiều khu vực chức năng, bao gồm đại sảnh, phòng sinh hoạt chung cho cư dân, nơi làm việc của ban quản lý, cùng với các cửa hàng, siêu thị và văn phòng nhỏ Chiều cao của tầng trệt đạt 5m, tạo không gian thoáng đãng và tiện lợi cho các hoạt động.
Các tầng trên được sử dụng làm phòng ở, căn hộ cho thuê Chiều cao tầng là 3,6m
Mỗi căn hộ có 2 phòng ngủ, 1 nhà bếp, 2 nhà vệ sinh, 1 phòng khách
Công trình có 3 thang máy và 2 thang bộ
Hình 1.1: Mặt đứng chính công trình
CÁC GIẢI PHÁP KĨ THUẬT CHUNG
Hệ thống điện được thiết kế với các đường dây điện được lắp đặt ngầm trong tường và sàn, đồng thời có hệ thống phát điện riêng để cung cấp năng lượng cho công trình khi cần thiết.
Hệ thống cấp nước của công trình sử dụng nguồn nước từ hệ thống cấp nước thành phố kết hợp với nguồn nước ngầm từ khoan giếng Nước được dẫn vào hồ chứa ở tầng hầm và sau đó bơm lên hồ nước trên mái, từ đó phân phối đến mọi khu vực trong công trình.
Hệ thống thoát nước thành phố thu thập nước thải sinh hoạt từ các ống nhánh và dẫn đến các ống thu nước chính được bố trí theo tầng Nước thải sau đó được tập trung tại tầng hầm, nơi được xử lý trước khi đưa vào hệ thống thoát nước chung của thành phố.
Hệ thống thoát rác: ống thu rác sẽ thông suốt các tầng, rác được tập trung tại ngăn chứa ở tầng hầm, sau đó có xe đến vận chuyển đi
Hệ thống thông thoáng và chiếu sáng trong các phòng được thiết kế hợp lý với cửa sổ và cửa kính, đảm bảo thông thoáng tự nhiên Mỗi phòng đều được chiếu sáng bằng ánh sáng tự nhiên kết hợp với ánh sáng nhân tạo, tạo không gian sống thoải mái và dễ chịu.
Hệ thống phòng cháy, chữa cháy: tại mỗi tầng đều được trang bị thiết bị cứu hoả đặt ở hành lang
Hệ thống giao thông trong công trình được thiết kế thông minh với ba thang máy và hai thang bộ, đảm bảo sự di chuyển thẳng đứng hiệu quả Bên cạnh đó, các hành lang rộng rãi giúp kết nối mọi khu vực trong công trình, mang lại sự thuận tiện cho người sử dụng và đáp ứng đầy đủ nhu cầu di chuyển của mọi người.
TAÀNG 2 TAÀNG 3 TAÀNG 4 TAÀNG 5 TAÀNG 6 TAÀNG 7 TAÀNG 8 TAÀNG 9
Hình 1.2: Mặt cắt đứng công trình (B - B)
NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
Dạng kết cấu dầm, cột, khung, dàn, vòm
Chiều dài nhịp, chiều cao tầng
Sơ bộ chọn kích thước tiết diện cấu kiện
1.4.2 Xác định tải trọng tác dụng:
Căn cứ vào quy phạm hướng dẫn về tải trọng tác động, việc xác định tải tác dụng lên cấu kiện là rất quan trọng Cần phải xác định đầy đủ tất cả các tải trọng và tác động ảnh hưởng đến kết cấu để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong thiết kế.
1.4.3 Xác định nội lực: Đặt tất cả các trường hợp tải tác dụng có thể xảy ra tác dụng vào cấu kiện
Xác định nội lực do từng trường hợp đặt tải gây ra
Để xác định giá trị nội lực nguy hiểm nhất, cần thiết lập các sơ đồ đặt tải và tiến hành giải nội lực do các sơ đồ này tạo ra.
Một sơ đồ tĩnh tải
Các sơ đồ hoạt tải nguy hiểm có thể xảy ra
Tại mỗi tiết diện tính tìm giá trị nội lực bất lợi nhất do tĩnh tải và một hay vài hoạt tải :
Trong đó: T - giá trị nội lực của tổ hợp
T0 - giá trị đặt nội lực từ sơ đồ đặt tĩnh tải
Ti - giá trị nội lực từ sơ đồ đặt hoạt tải thứ i
- một trường hợp hay các trường hợp hoạt tải nguy hiểm (tuỳ loại tổ hợp tải trọng thiết lập)
1.4.5 Tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo TTGH I và TTGH II:
Tính toán theo trạng thái giới hạn I: sau khi đã xác định được các nội lực tính toán M, N,
Tại các tiết diện của cấu kiện, cần thực hiện tính toán khả năng chịu lực cho các tiết diện vuông góc với trục và các tiết diện nghiêng Việc tính toán có thể được thực hiện theo một trong hai phương pháp.
- Kiểm tra khả năng chịu lực: Tiết diện cấu kiện, tiết diện cốt thép là có sẵn cần xác định khả năng chịu lực của tiết diện
- Tính cốt thép: xác định tiết diện cấu kiện, diện tích cốt thép cần thiết sao cho cấu kiện đảm bảo khả năng chịu lực
- Tính toán kiểm tra theo trạng thái giới hạn II: kiểm tra độ võng và vết nứt.
NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG
+ Trọng lượng bản thân: chọn sơ bộ tiết diện của cấu kiện từ đó tính ra trọng lương bản thân
+ Trọng lương lớp hoàn thiện: căn cứ vào yêu cầu cấu tạo tính ra trọng lượng lớp hoàn thiện
+ Đối với dầm còn có tính đến trọng lượng tường xây trên dầm (nếu có)
Hoạt tải: căn cứ vào yêu cầu của từng loại cấu kiện, yêu cầu sử dụng mà qui phạm qui định từng giá trị hoạt tải cụ thể
Tải từ sàn truyền vào khung dưới dạng tải hình thang và hình tam giác
Tải do dầm phụ truyền vào dầm chính của khung dưới dạng tải tập trung (phản lực tập trung và mômen tập trung)
Tải từ dầm chính truyền vào cột Sau cùng tải trọng từ cột truyền xuống móng.
CƠ SỞ TÍNH TOÁN
Công việc thiết kế được tuân theo các quy phạm, các tiêu chuẩn thiết kế do nhà nước Việt Nam quy định đối với nghành xây dựng
TCVN 2737-1995 : Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động
TCVN 229-1999 : Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió
TCVN 5574-2012 : Tiêu chuẩn thiết kế bêtông cốt thép
TCVN 198-1997 : Nhà cao tầng – Thiết kế bêtông cốt thép toàn khối
TCVN 195-1997 : Nhà cao tầng – Thiết kế cọc khoan nhồi
TCVN 10304-2104 : Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 9395:2012 : Cọc khoan nhồi – Thi công và nghiệm thu
TCVN 9362:2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
TCVN 9386-2012 : Thiết kế công trình chịu động đất
Để hỗ trợ quá trình tính toán hiệu quả và đa dạng nội dung, bên cạnh các tài liệu trong nước, việc tham khảo các tiêu chuẩn quốc tế như UBC 97, ACI 99 và ACI 318_2002 là cần thiết, đặc biệt cho những cấu kiện chưa được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế trong nước như vách cứng và lõi cứng Ngoài ra, còn có nhiều sách và tài liệu chuyên ngành từ các tác giả khác nhau được sử dụng, như đã trình bày trong phần tài liệu tham khảo.
THIẾT KẾ KẾT CẤU SÀN DẦM
MẶT BẰNG SÀN
SƠ BỘ TIẾT DIỆN
Do sàn có các vách cứng nên các giả thiết tính toán của dải sàn qua vách là không hợp lý
Do đó ta sử dụng phần tử hữu hạn để xác định nội lực của sàn Ở đây sử dụng phần mền SAFE để xác định nội lực của sàn
Chiều dày sàn được xác định dựa vào nhịp và tải trọng tác dụng, và có thể ước lượng sơ bộ bằng công thức: s = 1h + Dl.
m (mm) Trong đó: D 0.8 1.4 phụ thuộc vào tải trọng m30 35 sàn 1 phương (l 2 2l 1 ) m40 50 sàn 2 phương (l 2 2l 1 ) m 10 15 bản côngxôn l : Nhịp theo phương cạnh ngắn 1
Do hệ lưới cột lớn (8x7.5)m nên ta bố trí hệ thống dầm phụ chia nhỏ các ô bản
Dùng ô sàn có cạnh ngắn lớn nhất:
Chiều dày sàn chọn sơ bộ h = s L = 7500 0÷187.5(mm)
Chọn chiều dày sàn tất cả các tầng hs = 150 mm (riêng sàn tầng hầm chọn 300mm) Tiết diện cột chọn sơ bộ b×h@0×700mm
Chiều cao dầm chính: dc
Bề rộng dầm chính: dc
Các dầm chính có nhịp L= 8; 7,5; 7 (m) chọn dầm có tiết diện:b×h@0×600mm, riêng dầm biên và dầm trục 4; 5 thì chọn dầm b×h00×600mm
Vì trong phần mềm Safe tự tính trọng lượng bản thân sàn
Bê tông cấp độ bền B25, hệ số điều kiện làm việc γbt=1
Thép sử dụng nhóm thép AII
Xây dựng mô hình trong phần mềm SAFE v12 với các thông số tiết diện và tải trọng đã chỉ định Sau khi hoàn tất việc xây dựng, tiến hành chạy phân tích để xuất kết quả về nội lực lớn nhất tại từng vị trí.
TẢI TRỌNG
2.3.1 Các lớp cấu tạo sàn:
Bảng 2.1: Các lớp cấu tạo sàn phòng họp, siêu thị, căn hộ, hành lang, ban công sàn dầm
Stt Vật liệu Chiều dày γ Tiêu chuẩn
Hệ số vượt tải Tĩnh tải g tt
Bảng 2.2: Các lớp cấu tạo sàn vệ sinh sàn dầm
Stt Vật liệu Chiều dày γ Tiêu chuẩn
Hệ số vượt tải Tĩnh tải g tt
2 Lớp vữa lót, tạo dốc 0.05 18 0.9 1.3 1.17
Bảng 2.3: Các lớp sàn mái sân thượng sàn dầm
Stt Vật liệu Chiều dày γ Tiêu chuẩn
Hệ số vượt tải Tĩnh tải g tt
2 Lớp vữa lót, tạo dốc 0.05 18 0.9 1.3 1.17
2.3.2 Tải trọng thường xuyên do tường xây:
Bảng 2.4: Quy đổi tải tường tầng điển hình
Tĩnh tải tác dụng lên sàn bao gồm trọng lượng của bản thân sàn, các lớp hoàn thiện và tường xây Các tải trọng này thường được phân bố đều trên bề mặt sàn, ngoại trừ trọng lượng của tường xây tác động lên dầm Để quy đổi tải trọng của tường, công thức được sử dụng là: g tt t = δn H t t γt (kN/m²).
Trong đó: n: hệ số vượt tải
t : trọng lượng riêng của tường xây, kN/m 3
Trọng lượng của tường ngăn có thể được chuyển đổi thành tải trọng phân bố đều trên sàn, tuy nhiên cách tính này chỉ mang tính chất gần đúng Công thức tính toán được thể hiện như sau: tc tt t t t t n l h g q A.
Trong đó: n: Hệ số vượt tải l t : Chiều dài tường h t : Chiều cao tường g : Trọng lượng đơn vị tiêu chuẩn của tường tc t
Với: tường 10 gạch đặc: g tc t 18 kN / m 3 tường 20 gạch có lỗ: g tc t 15 kN / m 3
Bảng 2.5: Tải tường phân bố đều trên sàn tầng điển hình Ô sàn trục L100 g tt 100 L200 g tt 200 L1xL2 q tt
Tải trọng tạm thời phân bố lên sàn và cầu thang lấy theo bảng 3 TCVN2737-1995[1]: Giá trị tải trọng xem trong bảng 1.2
Bảng 2.6: Hoạt tải sàn dầm
Chức năng sử dụng sàn
Giá trị tiêu chuẩn (kN/m 2 ) Hệ số vượt tải n
Hoạt tải tính toán (kN/m 2 )
11 Mái bằng có sử dụng 0.5 1 1.5 1.3 1.95
Trong phần mềm SAFE v12, việc xây dựng mô hình với các thông số về tiết diện và tải trọng là rất quan trọng Sau khi hoàn tất việc thiết lập mô hình, chương trình sẽ tiến hành phân tích và xuất kết quả nội lực lớn nhất tại từng vị trí.
TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Để đánh giá hành vi của sàn, chúng tôi sử dụng phần mềm SAFE nhằm phân tích nội lực, kiểm tra chuyển vị và tính toán bố trí cốt thép cho sàn.
Hình 2.2: Mô hình sàn bằng SAFE sàn dầm
Phân tích mô hình ta được kết quả nội lực
Hình 2.4: Moment trip theo phương Y sàn dầm
Kiểm tra độ võng đàn hồi của sàn:
Giá trị chuyển vị lớn nhất fsàn = 0.6031 cm Độ võng giới hạn:
Khi nhịp sàn có sườn nằm trong khoảng 5m L 10m thì [f] = 2.5 cm (Theo TCVN
5574 : 2012 - Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép)
Giá trị độ võng của sàn thỏa mãn giới hạn cho phép
Tuy nhiên, độ võng đàn hồi chỉ phản ánh một phần của vấn đề, chưa tính đến các yếu tố như biến dạng, co ngót, sự hình thành vết nứt bê tông, cũng như tác động ngắn hạn và dài hạn của tải trọng Khi xem xét tất cả những yếu tố này, độ võng thực tế sẽ lớn hơn nhiều.
Hình 2.5: Độ võng sàn xuất từ SAFE sàn dầm
Kiểm tra độ võng sàn bằng phần mềm Safe theo TTGH II
Sự xuất hiện của vết nứt trong bê tông khi chịu lực, dẫn tới giảm độ cứng tiết diện và làm tăng độ võng
Để đảm bảo sự làm việc lâu dài của kết cấu bê tông cốt thép (BTCT), cần xem xét các yếu tố như biến dạng và co ngót, cũng như tác động lâu dài của các loại tải trọng Theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012, độ võng toàn phần f được tính toán dựa trên những yếu tố này.
Độ võng của công trình được xác định bởi ba yếu tố: f1 là độ võng do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng, f2 là độ võng do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn, và f3 là độ võng do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn.
Khi thiết kế công trình với sàn làm việc theo hai phương, việc tính toán độ võng cần áp dụng phương pháp PTHH, kết hợp các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng Sử dụng chương trình SAFE 12.3 để tính toán độ võng là phương pháp phù hợp, phản ánh chính xác thực tế làm việc của công trình.
Kết quả tính toán độ võng bằng phần mềm Safe v12.3
Giá trị độ võng của sàn thỏa mãn giới hạn cho phép
Hình 2.6: Độ võng toàn phần f sàn dầm
MẶT BẰNG DẦM SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH TL.1/100
Tính toán và bố trí cốt thép:
Cốt thép: AII → Rs = 280 Mpa
Chọn ô bản S1 để tính đại diện Đối với mô men ở nhịp: M1 = 25.0238 (kN.m) tính trên toàn bề rộng dãy strip 3.5m
Ta quy đổi momen M1 = 25.0503/3.5 = 7.15 (kN.m) về bề rộng dãy strip 1m
Ta có hs = 150(mm) ; a = 20 (mm) ho = hs – a = 150 - 20 = 130 (mm) αm = 2 b o
= 199.271 (mm 2 ) Để tránh phá hoại giòn nên phải bảo đảm = s o
100A bh min Thường lấy min = 0,1% Hợp lý nhất khi = 0.3% 0.9% đối với sàn
Chọn ỉ8a200 cú As = 251 (mm 2 ) s R b b min max
Các giá trị mô men còn lại tính toán tương tự Kết quả cho trong bảng:
Bảng 2.7: Bảng tính cốt thép sàn tầng điển hình sàn dầm
THIẾT KẾ SÀN PHẲNG
MẶT BẰNG SÀN
SƠ BỘ TIẾT DIỆN
Do sàn phẳng có vách cứng, các giả thiết tính toán qua vách không hợp lý Vì vậy, việc sử dụng phần tử hữu hạn là cần thiết để xác định nội lực của sàn phẳng Phần mềm SAFE được áp dụng để thực hiện việc này.
Chiều dày sàn được xác định dựa vào nhịp và tải trọng tác dụng Để xác định sơ bộ chiều dày sàn, có thể sử dụng công thức s1 h Dl.
m (mm) Trong đó: D 0.8 1.4 phụ thuộc vào tải trọng m30 35 sàn 1 phương (l 2 2l 1 ) m40 50 sàn 2 phương (l 2 2l 1 ) m 10 15 bản côngxôn l : Nhịp theo phương cạnh ngắn 1
Do hệ lưới cột lớn (8x7.5)m nên ta bố trí hệ thống dầm phụ chia nhỏ các ô bản
Dùng ô sàn có cạnh ngắn lớn nhất:
Chiều dày sàn chọn sơ bộ h = s L = 7500 = 214.3 ÷ 250(mm)
Chọn chiều dày sàn tất cả các tầng hs = 250 mm (riêng sàn tầng hầm chọn 300mm) Tiết diện cột chọn sơ bộ b×h@0×700mm
Chọn tiết diện sơ bộ dầm biên: b×h00×600mm
Các dầm còn lại nếu có: b×h@0×600mm
Vì trong phần mềm Safe tự tính trọng lượng bản thân sàn
Bê tông cấp độ bền B25, hệ số điều kiện làm việc γbt=1
Thép sử dụng nhóm thép AII
Xây dựng mô hình trong phần mềm SAFE v12 với các thông số về tiết diện và tải trọng Sau khi hoàn tất việc xây dựng, chạy phân tích để xuất kết quả nội lực lớn nhất tại từng vị trí.
TẢI TRỌNG
3.3.1 Các lớp cấu tạo sàn:
Bảng 3.1: Các lớp cấu tạo sàn phòng họp, siêu thị, căn hộ, hành lang, ban công sàn phẳng
Stt Vật liệu Chiều dày γ Tiêu chuẩn
Hệ số vượt tải Tĩnh tải g tt
Bảng 3.2: Các lớp cấu tạo sàn vệ sinh sàn phẳng
Stt Vật liệu Chiều dày γ Tiêu chuẩn
Hệ số vượt tải Tĩnh tải g tt
2 Lớp vữa lót, tạo dốc 0.05 18 0.9 1.3 1.17
Bảng 3.3: Các lớp sàn mái sân thượng sàn phẳng
Stt Vật liệu Chiều dày γ Tiêu chuẩn
Hệ số vượt tải Tĩnh tải g tt
2 Lớp vữa lót, tạo dốc 0.05 18 0.9 1.3 1.17
3.3.2 Tải trọng thường xuyên do tường xây:
Bảng 3.4: Quy đổi tải tường tầng điển hình
Công thức quy đổi tải tường: g tt t n .H t t t kN/ m 2
Trong đó: n: hệ số vượt tải
t : trọng lượng riêng của tường xây, kN/m 3
Trọng lượng tường ngăn được gắn trực tiếp lên các dầm biên và đường NONE theo bản vẽ kiến trúc của sàn
Tải trọng tạm thời phân bố lên sàn và cầu thang lấy theo bảng 3 TCVN2737-1995[1]: Giá trị tải trọng xem trong bảng 1.2
Bảng 3.5: Hoạt tải sàn phẳng
Chức năng sử dụng sàn
Giá trị tiêu chuẩn (kN/m 2 ) Hệ số vượt tải n
Hoạt tải tính toán (kN/m 2 )
11 Mái bằng có sử dụng 0.5 1 1.5 1.3 1.95
Xây dựng mô hình trong phần mềm SAFE v12 với các thông số về tiết diện và tải trọng cụ thể Sau khi hoàn tất việc xây dựng, tiến hành chạy phân tích để xuất kết quả nội lực lớn nhất tại từng vị trí.
TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Để đánh giá hành vi của sàn, chúng tôi sử dụng phần mềm SAFE để thực hiện các phép tính Sàn được chia thành nhiều dải theo hai phương X và Y, từ đó tiến hành phân tích và xác định nội lực của sàn theo từng dải.
Các bước tính toán sàn trong SAFE:
Mô hình sàn bằng phần mềm SAFE
Hình 3.8: Mô hình sàn bằng SAFE sàn phẳng
Chia sàn thành nhiều dải theo phương X và phương Y
Hình 3.9: Chia dải sàn theo phương X sàn phẳng
Hình 3.10: Chia sải sàn theo phương Y sàn phẳng
Phân tích mô hình ta được kết quả nội lực
Hình 3.11: Moment trip theo phương X sàn phẳng
Hình 3.12: Moment trip theo phương Y sàn phẳng
Kiểm tra độ võng đàn hồi của sàn:
Giá trị chuyển vị lớn nhất fsàn = 0.6161 cm Độ võng giới hạn:
Khi nhịp sàn phẳng nằm trong khoảng 6 m L 7.5 m thì [f] = 30 mm.(Theo TCVN
5574 : 2012 - Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép)
Giá trị độ võng của sàn thỏa mãn giới hạn cho phép
Tuy nhiên, độ võng đàn hồi chỉ phản ánh một phần của vấn đề, chưa tính đến các yếu tố như biến dạng, co ngót, sự hình thành vết nứt trong bê tông, cũng như tác động ngắn hạn và dài hạn của tải trọng Khi xem xét những yếu tố này, độ võng thực tế sẽ lớn hơn nhiều.
Hình 3.13: Độ võng sàn xuất từ SAFE sàn phẳng
Kiểm tra độ võng sàn bằng phần mềm Safe theo TTGH II
Sự xuất hiện của vết nứt trong bê tông khi chịu lực, dẫn tới giảm độ cứng tiết diện và làm tăng độ võng
Khi xem xét sự làm việc dài hạn của kết cấu bê tông cốt thép (BTCT), cần chú ý đến các yếu tố như biến dạng và co ngót, cũng như ảnh hưởng lâu dài của các loại tải trọng Theo TCVN 5574-2012, độ võng toàn phần f được tính toán dựa trên các yếu tố này để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho kết cấu.
Độ võng của kết cấu được xác định bởi ba yếu tố chính: f1 là độ võng do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng, f2 là độ võng do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn, và f3 là độ võng do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn.
Việc tính toán độ võng trong thiết kế công trình với kết cấu sàn làm việc theo hai phương cần áp dụng phương pháp PTHH, bao gồm các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng Sử dụng chương trình SAFE 12.3 để thực hiện tính toán này là phù hợp với điều kiện làm việc thực tế của công trình.
Kết quả tính toán độ võng bằng phần mềm Safe v12.3:
Giá trị độ võng của sàn thỏa mãn giới hạn cho phép
Hình 3.14: Độ võng toàn phần f sàn phẳng
Tính toán và bố trí cốt thép:
Cốt thép: AIII → Rs = 365 Mpa
Chọn ô bản S 1 để tính đại diện Đối với mô men ở nhịp: M1 = 125.223 (kN.m) tính trên toàn bề rộng dãy strip 3.5m
Ta quy đổi momen M1 = 125.157/3.5 = 35.76 (kN.m) về bề rộng dãy strip 1m
Ta có hs = 250(mm) ; a = 25 (mm) ho = hs – a = 250 - 25 = 225 (mm) αm = 2 b o
= 581.42 (mm 2 ) Để tránh phá hoại giòn nên phải bảo đảm = s o
100A bh min Thường lấy min = 0,1% Hợp lý nhất khi = 0.3% 0.9% đối với sàn
Các giá trị mô men còn lại tính toán tương tự Kết quả cho trong bảng:
Kết quả tính toán thép dải phương X:
Bảng 3.6: Bảng tính cốt thép sàn theo phương X sàn phẳng Strip
Kết quả tính toán thép dải phương Y:
Bảng 3.7: Bảng tính cốt thép sàn theo phương Y sàn phẳng Strip
3.5 KIỂM TRA CHỌC THỦNG SÀN
Kiểm tra chọc thủng sàn phẳng theo mục 6.2.5.4 TCVN 5574-2012
Công thức kiểm tra FR u h bt m 0
= 1: hệ số lấy đối với bê tông nặng
Fcx = R u h bt m 0 P: Tổng lực truyền vào cột (vách) đang xét theo diện truyền tải q: Lực phân bố đều trên ô sàn
A c : Diện tích đáy lớn tháp xuyên thủng
R b : Cường độ chịu kéo của bê tông
U m : Giá trị trung bình của chu vi hai đáy tháp xuyên thủng h o =0.225m: Chiều cao làm việc của tiết diện sàn
Nhận xét thấy tại vị trí cột C14 là trường hợp nguy hiểm nhất Vì vậy chỉ kiểm tra xuyên thủng tại vị trí cột C14
Để đảm bảo an toàn cho công trình, tải trọng phân bố trên sàn cần được xác định dựa trên hoạt tải và tĩnh tải lớn nhất, trong đó tải tường được coi là phân bố đều trên toàn bộ sàn.
Tĩnh tải tác dụng lên sàn: q 2 8.837 kN m / 2
Hoạt tải tác dụng lên sàn: q 3 1.2 3 3.6 ( kN/ m ) 2
Tổng tải tác dụng lên sàn:q tt 4.4 8.837 3.6 16.837( kN m/ 2 )
- Diện tích đáy lớn tháp xuyên thủng:
Ac= (bv+2ho)(tv+2ho) = (0.7+2×0.225)(0.5+2×0.225) = 1.1 m 2 Lực xuyên thủng F = P–Ac×16.837 = 687.726–1.1×16.837 = 669.21 (kN) m
- Fcx = α × Rbt × Um × h0 = 1 × 1.05 x 10 3 × 3.3 × 0.225 = 779.63 (kN) Vậy F = 669.21 < Fcx = 779.63 (kN)
Chiều dày sàn thỏa điều kiện xuyên thủng.
TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ CẦU THANG
CẤU TẠO CẦU THANG
Cầu thang tầng điển hình của công trình này được thiết kế theo dạng bản 2 vế, sử dụng phương pháp tính toán cầu thang dạng bản chịu lực Vì hai vế có sơ đồ tính toán giống nhau, nên chỉ cần tính toán cho một vế và áp dụng cho vế còn lại Mỗi vế cầu thang gồm 12 bậc, với kích thước bậc được xác định cụ thể.
Sử dụng kết cấu cầu thang dạng bản chịu lực để tính toán thiết kế
Chọn bề dày bản thang hb = 150 mm
LỚP GẠCH CERAMIC 20 mm LỚP VỮA LÓT 20 mm, M75 XÂY GẠCH THẺ VỮA XÂY M75 BẢN BTCT DÀY 150 mm
LỚP VỮA TRÁT DÀY 15mm M75
TẢI TRỌNG
Xác định góc nghiêng bản thang: tg 150 0.5 26.6
4.3.1 Tĩnh tải đối với bản chiếu nghỉ:
Tải trọng các lớp cấu tạo bản thang (Tính trên 1m dài)
Bảng 4.3: Tĩnh tải chiếu nghỉ
Trọng lượng g bt m m kN/m 3 kN/m
Đối với bản thang nghiêng:
Bảng 4.4: Chiều dày tương đương của các lớp cấu tạo
Chiều dày lớp đá hoa cương Chiều dày lớp vữa xi măng Chiều dày lớp bậc thang gạch theo phương nghiêng
Bảng 4.5: Tĩnh tải bản thang
Hệ số vượt tải ni
Trọng lượng gbt m m kN/m 3 kN/m
Tổng trọng lượng theo phương đứng qđứng 6.807
Tổng trọng lượng phương đứng có kể đến lan can: 0.27 kN/m 7.077
Đối với bản chiếu nghỉ: tc m p n p 1 1.2 3 1 3.6 kN/m
Đối với bản thang nghiêng: tc m p n p 1 cos 1.2 3 1 0.894 3.218 kN/m
Bảng 4.6: Tổng tải trọng tính toán
Tĩnh tải tính toán g tt (kN/m)
Hoạt tải tính toán p tt (kN/m)
Tổng tải trọng tính toán q tt = g tt + p tt (kN/m)
SƠ ĐỒ TÍNH VÀ NỘI LỰC
Để tính toán cho công trình, sinh viên chỉ cần cắt một dãy bản có bề rộng 1m, vì hai vế cầu thang giống nhau Sau khi tính toán cho một vế, kết quả sẽ được áp dụng tương tự cho vế còn lại.
Bản thang liên kết với vách được gọi là liên kết ngàm, trong khi liên kết giữa bản thang nghiêng và dầm chiếu nghỉ được xác định theo tỉ số hd/hs theo quan niệm tính toán trong sách tham khảo.
Nếu tỷ lệ chiều cao trên chiều dài (hd/hs) nhỏ hơn 3, liên kết giữa bản thang nghiêng và dầm chiếu tới được coi là khớp Ngược lại, nếu tỷ lệ này lớn hơn hoặc bằng 3, liên kết được xem là ngàm Tuy nhiên, trong thực tế, việc tính toán cầu thang gặp một số vấn đề, bởi vì trong kết cấu bê tông toàn khối, không có liên kết nào hoàn toàn ngàm hoặc khớp Do đó, liên kết giữa bản thang và dầm chiếu tới thực chất là một liên kết bán trung gian giữa ngàm và khớp.
Trong trường hợp liên kết giữa bản thang và dầm chiếu tới được xem là khớp, điều này có thể dẫn đến tình trạng thiếu thép gối và dư thép bụng, gây nứt tại gối do thiếu thép gối Tuy nhiên, thực tế cho thấy nếu cầu thang nứt tại gối, các lớp gạch lót sẽ bị bong tróc, do đó không cho phép xảy ra nứt cầu thang trong thiết kế.
Hình 4.4: Biểu đồ Moment vế thang (kN.m)
Hình 4.5: Biểu đồ lực cắt vế thang (kN)
TÍNH TOÁN BỐ TRÍ CỐT THÉP
Cốt thép: AI → Rs = 225 MPa
Cốt thép: AIII → Rs = 365 MPa
Hàm lượng thép thỏa điều kiện: min max
đối với nhóm cốt thép AIII; max 3.98% đối với nhóm cốt thép AI
Bảng 4.7: Kết quả tính toán cốt thép bản thang
(kNm) b (mm) h (mm) ho (mm) α m ξ A tt s
Kiểm tra khả năng chịu cắt của bêtông:
Khả năng chịu cắt của bê tông: max b3 f n b bt o
Bêtông bản thang đủ khả năng chịu cắt
Bảng vẽ bố trí thép cầu thang (KC 04)
TÍNH TOÁN DẦM THANG (DẦM CHIẾU NGHỈ)
Kích thước dầm thang (dầm chiếu nghỉ) được chọn sơ bộ theo công thức:
, chọn hdt = 400mm dt h 400 b (133 200) mm
Chọn kích thước dầm thang b x h = 200 x 400 mm
Xác định tải tác dụng lên dầm chiếu tới cần xem xét ba yếu tố chính: tải trọng từ trọng lượng bản thân dầm thang, phản lực từ bản thang, và tải trọng từ ô sàn S10 truyền vào.
Giá trị tải do bản nghiêng tác dụng lên dầm thang: từ kết quả giải etabs, phản lực theo phương đứng: q1 = 50.04 (kN/m)
Phản lực theo phương ngang : không kể đến (phản lực này sẽ truyền vào sàn, do sàn có độ cứng theo phương ngang lớn nên không cần xét)
Do trọng lượng bản thân dầm có tiết diện 400x200: q2= (0.4-0.15)×0.2×1.1×25= 1.375 (kN/m)
Tổng tải trọng tác dụng lên dầm:qtổng= q1+ q2 = 50.04 + 1.375 = 51.415 (kN/m)
Sơ đồ tính: Tính như dầm đơn giản 1 nhịp, vì thực tế liên kết giữa hai đầu dầm được ngàm vào cột
Hình 4.7: Sơ đồ tải trọng dầm nhịp 4m (kN)
Moment giữa nhịp : M max 34.28 (kN.m)
4.6.1.2 Tính thép cho dầm thang:
Chọn bê tông cấp độ bền B25 có Rb.5 (MPa)
Thép AIII có Rs65 (MPa), b = 1.00
Ta có h@ (cm), a=3 (cm) h0@-3 7 (cm)
Chọn 2ỉ14 cú Fa= 307.88 (mm 2 ) bố trớ nhịp, 100 100 307.88
Thép AIII có Rs65 (MPa), b = 1.00
Ta có h@ (cm), a=3 (cm) h0@-3 7 (cm)
Chọn 3ỉ16 cú Fa= 603.19 (mm 2 ) bố trớ nhịp, 100 100 603.19
Bê tông M350 có 𝑅 𝑏 = 145 daN/cm 2 ; Rbt= 11 daN/cm 2 ; Eb= 3.1×10 5 daN/cm 2
Cốt đai nhóm AI có Rsw = 1800 daN/cm 2 ; Es= 2100000 daN/cm 2
Lực cắt lớn nhất ở gần gối tựa Qmax= 102.83 kN
Kiểm tra điều kiện tính toán:
Bêtông không đủ khả năng chịu cắt cần phải tính cốt đai
Bố trí theo cấu tạo6a150 Số nhánh n=2, khoảng cách s0mm w w w
Kiểm tra khả năng chống nén vỡ bê tông:
Vậy thỏa điều kiện, không cần tăng kích thước dầm
Khả năng chịu cắt của cốt đại và bêtông:
Vậy cốt đai đủ khả năng chịu lưc
Bố trớ trong đoạn giữa dầm, bố trớ ỉ6a200
Bản vẽ bố trí thép cầu thang (KC 04).
TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ BỂ NƯỚC
SƠ BỘ KÍCH THƯỚC BỂ NƯỚC
Lượng nước cần dùng cho tòa nhà:
Số người sử dụng nước: Mỗi tầng gồm có 8 căn hộ Số người trung bình cho mỗi căn hộ là 4 người Tổng số người N = 16 × 8 × 4 = 512 người
Lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt: sh 3 sh ngày.max q N 200 512
- Trong đó qsh = 200 (l/người.ngày đêm) được lấy theo tiêu chuẩn (TCVN 33 :
2006) cung cấp nước sinh hoạt cho vùng nội đô giai đoạn 2020
- Đối với thành phố lớn như TP Hồ Chí Minh thì lấy theo (TCVN 33 : 2006) ta được kngày.max = 1.1 ÷ 1.2
Nước phục vụ cho cộng công và cứu hỏa lấy bằng 10% nhu cầu dùng nước sinh hoạt
Khu thương mại ở tầng 1 và khu vực tầng hầm lấy sơ bộ 20% nhu cầu nước sinh hoạt của khu sinh sống
Tổng lưu lượng nước cung cấp cho công trình:
Công trình có 2 bể nước mái mỗi bể có kích thước 6.8x4.1x1.5 nên dung tích
Mỗi ngày phải bơm 2 lần bằng hệ thống bơm nước tự động
Hồ nước được thiết kế đặt trên tầng mái (tầng tum) của công trình Có kích thước mặt bằng L × B = 6.8 × 4.1 m
Chọn kích thước bể nước như sau:
- Chọn chiều dày bản nắp là 100mm
- Chọn chiều dày bản đáy là 150mm
- Chọn chiều dày thành bể là 150mm
- Dầm nấp BN1 và BN2 : 200400mm
- Dầm đế BD1, BD2, BD3 và BD4 là 200500 mm
THÔNG SỐ BAN ĐẦU
Sử dụng bê tông cấp độ bền B25
Cường độ chịu nén dọc trục: Rb = 14.5 MPa
Cường độ chịu kéo dọc trục: Rbt = 1.05 MPa
Mô đun đàn hồi: Eb = 30000 MPa
Cốt thộp loại AI (đối với cốt thộp cú ỉ ≤ 10)
Cường độ chịu nén: Rsc = 225 MPa
Cường độ chịu kéo: Rs = 225 MPa
Cường độ tính toán cốt ngang: Rsw = 175 MPa
Mô đun đàn hồi: Es = 210000 MPa
Cốt thộp loại AII (đối với cốt thộp cú ỉ > 10)
Cường độ chịu nén: Rsc = 280 MPa
Cường độ chịu kéo: Rs = 280 MPa
Mô đun đàn hồi: Es = 200000 MPa
TẢI TRỌNG
Bảng 5.1: Bảng tĩnh tải sàn bản nắp
Lớp vật liệu Bề dày mm
Lớp vữa láng tạo dốc 35 18 0.63 1.3 0.819
Bảng 5.2: Bảng tĩnh tải sàn bản đáy
Lớp vật liệu Bề dày mm
Theo TCVN 2737:1995, bảng 3, đối với mái không sử dụng lấy p tc 0.75 kN/m 2
( hệ số độ tin cậy đối với tải trọng phân bố đều trên sàn lấy bằng 1.3 khi tải trọng tiêu chuẩn nhỏ hơn 2kN/m 2 )
Hoạt tải nước: p n n p n H 1 10 1.5 15 kN/m 2 ( TCVN 2737-1995 lấy hệ số vượt tải của nước n p 1)
Công trình đặt tại TP Hồ Chí Minh nên thuộc vùng IIA (theo phụ lục E TCVN 2737-
Theo TCVN 2737-1995, trong vùng ảnh hưởng của bão yếu, giá trị tại vùng IIA được giảm 12 daN/m², dẫn đến W₀ = 83 daN/m² Để đảm bảo an toàn, áp lực gió tại đỉnh bể nước cần được tính cho toàn bộ bể, với cao độ đỉnh bể nước là 63,5m Theo bảng 5 TCVN 2737-1995, hệ số k là 1.392.
Hệ số khí động c0.6(gió hút):
Hệ số khí động c0.8(gió đẩy):
MÔ HÌNH BỂ NƯỚC MÁI
Sử dụng phần mềm SAP2000 để mô hình bể nước
Hình 5.1: Mô hình tính toán bể nước bằng SAP 2000 5.4.2 Tính toán cốt thép bể nước:
Hình 5.2: Biểu đồ Moment bản nắp theo 2 phương X và Y
Với : Rb = 14.5 Mpa ; Rs = 280 Mpa; h = 0.1m ; ho = h - a với a = 0.02 m
Bảng 5.3: Kết quả tính toán cốt thép bản nắp
Vị trí M kNm b mm h mm a mm m As mm 2
Hình 5.3: Chuyển vị bản nắp
- Giá trị chuyển vị lớn nhất: fBN = 0.1 cm
Khi nhịp sàn nằm trong khoảng 5m L 10 m thì f = 2.5 cm ( Theo TCVN 5574-
2012: Bảng 2 mục 1.8) fBN = 0.1 cm < f = 2.5 cm
Giá trị võng của bản nắp thỏa mãn giới hạn cho phép
Hình 5.4: Biểu đồ Moment bản đáy theo 2 phương X và Y
Bảng 5.4: Kết quả tính toán cốt thép bản đáy
Vị trí M kNm b mm h mm a mm m As mm 2
Hình 5.5: Chuyển vị bản đáy
Khi nhịp sàn nằm trong khoảng 5m L 10 m thì f = 2.5 cm ( Theo TCVN 5574-
2012: Bảng 2 mục 1.8) fBD = 0.14 cm < f = 2.5 cm
Giá trị võng của bản nắp thỏa mãn giới hạn cho phép
Hình 5.6: Biểu đồ Moment bản thành (cạnh ngắn-cạnh dài) Bảng 5.5: Kết quả tính toán cốt thép bản thành
Vị trí M kNm b mm h mm a mm m As mm 2
5.4.3 Tính toán dầm bể nước:
5.4.3.1 Nội lực dầm bản đáy:
Do bể nước kích thước vuông và dầm giống nhau, chịu tải như nhau nên ta lấy nội lực của 1 dầm để tính toán DB1 = DB2; BD3 = BD45
Hình 5.7: Nội lực dầm BĐ1 bản đáy
Hình 5.8: Nội lực dầm BĐ4 bản đáy Bảng 5.6: Bảng giá trị nội lực dầm bản đáy STT Tên cấu kiện Nội lực Vị trí Kết quả nội lực
1 BD1, BD2 Moment Dưới 6.7708 kNm
- Thép AII có Rs = 280 (Mpa)
5.4.3.2 Tính toán cốt thép chịu lực dầm bản đáy:
Bảng 5.7: Bảng tính toán cốt thép dầm bản đáy
(kN.m) b mm h mm a mm h o mm m A s mm 2
5.4.3.3 Tính toán cốt đai dầm bản đáy:
Lực cắt 2 dầm xấp xỉ nên ta xét lực cắt Max: Qmax = 52.059 kN
Rbt = 1.05 (MPa) : cường độ chịu kéo của bêtông B25 φb4 = 1.5 ho = 460 (mm) φn = 0: bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc (thiên về an toàn) 0.5 1.5 1 1.05 200 460 72450 72.45
Không cần tính toán cốt đai mà chỉ cần đặt thép theo cấu tạo
Chọn cốt đai ỉ8, 2 nhỏnh cú Fa = 50.3 cm 2 Chọn ỉ8a200
5.4.3.4 Nội lực dầm bản nắp:
Xét nội lực dầm BN1 = BN2; BN3 = BN4=BN5
Hình 5.9: Nội lực dầm BĐ1 bản nắp
Hình 5.10: Nội lực dầm BĐ4 bản nắp
Bảng 5.8: Bảng giá trị nội lực dầm bản nắp STT Tên cấu kiện Nội lực Vị trí Kết quả nội lực
5.4.3.5 Tính toán cốt thép chịu lực dầm bản nắp:
Bảng 5.9: Bảng tính cốt thép dầm bản nắp
(kN.m) b mm h mm a mm h o mm m A s mm 2
5.4.3.6 Tính toán cốt đai dầm bản nắp:
Lực cắt 4 dầm xấp xỉ nên ta xét lực cắt Max: Qmax 636 kN
Rbt = 1.05 (MPa) : cường độ chịu kéo của bêtông B25 φb4 = 1.5 ho = 360 (mm) φn = 0: bỏ qua ảnh hưởng của lực dọc (thiên về an toàn)
Không cần tính toán cốt đai mà chỉ cần đặt thép theo cấu tạo
Chọn cốt đai ỉ8, 2 nhỏnh cú Fa = 50.3 cm 2 Chọn ỉ8a200
Hình 5.11: Nội lực chân cột bể nước
Tính cột (gần đúng) xem cột chịu nén đúng tâm Chọn tiết diện ngang của cột là (300x300)mm, bố trớ 4ỉ20 (12.57) cm 2
- Lực nén lên cột, thu được từ SAP2000: N = 245.632 kN
Kiểm tra khả năng chịu lực của cột:
Cột đã chọn đủ khả năng chịu lực
Bản vẽ bố trí thép bể nước mái (KC 05).
TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ HỆ KHUNG
TỔNG QUAN VỀ KHUNG VÀ VÁCH NHÀ CAO TẦNG
Công trình gồm 15 tầng điển hình, 1 tầng hầm, 1 tầng thượng, 1 tầng mái
Hệ kết cấu sử dụng là kết cấu khung - vách cứng (lõi cứng) Do đó việc tính toán khung phải là kết cấu khung không gian
Việc tính toán khung không gian là rất phức tạp, do đó việc tính toán nội lực sẽ được tính toán bằng phần mềm ETABS
Việc tính toán sẽ được thực hiện theo các bước sau đây:
Bước 1: Chọn sơ bộ kích thước
Bước 2: Tính toán tải trọng
Bước 3: Tổ hợp tải trọng
Bước 4: Tính toán nội lực bằng phần mềm ETABS
Bước 5: Tính toán thép cho khung trục 3, 3’ và khung trục C.
VẬT LIỆU SỬ DỤNG
Sử dụng bê tông cấp độ bền B25 có các thông số tính toán như sau:
Cường độ tính toán chịu nén: Rb = 14.5 MPa
Cường độ tính toán chịu kéo: Rbt = 1.05 MPa
Mô đun đàn hồi: Eb = 30000 MPa
Cốt thộp loại AI (đối với cốt thộp cú ỉ ≤ 10)
Cường độ tính toán chịu nén: Rsc = 225 MPa
Cường độ tính toán chịu kéo: Rs = 225 MPa
Cường độ tính toán cốt ngang: Rsw = 175 MPa
Mô đun đàn hồi: Es = 210000 MPa
Cốt thộp loại AIII (đối với cốt thộp cú ỉ > 10)
Cường độ tính toán chịu nén: Rsc = 365 MPa
Cường độ tính toán chịu kéo: Rs = 365 MPa
Mô đun đàn hồi: Es = 200000MPa
CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC
Chọn sơ bộ kích thước cấu kiện trong mô hình rồi kiểm tra bằng chức năng Design trong ETABS:
Dầm biên kích thước: h × b = 600 × 300 mm
Công việc lựa chọn sơ bộ tiết diện cột chỉ mang tính chất định hướng ban đầu cho thiết kế, và có thể thay đổi trong quá trình thực hiện Việc chọn tiết diện sơ bộ nên thiên về xu hướng có lợi, tức là chọn tiết diện lớn hơn Trong quá trình thiết kế, cần căn cứ vào yếu tố kiến trúc, nội lực tính toán và hàm lượng cốt thép để điều chỉnh tiết diện và hình dạng cột cho hợp lý, phù hợp với kiến trúc và giảm thiểu chi phí đầu tư cho công trình.
Bảng 6.1: Sơ bộ tiết diện cột khung
(cm) bxh (cm) bxhxδ (cm) bxh (cm) bxh (cm) bxh (cm) bxh (cm) bxh (cm) bxh (cm) bxh (cm)
Cột tầng hầm là 70 × 70 cm
Vách cứng dày 300 mm, chiều dày sàn hs%0 mm.
TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG
6.4.1.1 Tĩnh tải do trọng lượng bản thân sàn:
Bảng 6.2: Tải trọng sàn điển hình
Trọng lượng riêng tiêu chuẩn
Hệ số độ tin cậy
Tĩnh tải tính toán mm kN/m 3 kN/m 2 kN/m 2
Bảng 6.3: Tải trọng nhà vệ sinh, sàn mái
Cấu tạo sàn vệ sinh
Trọng lượng riêng tiêu chuẩn
Hệ số độ tin cậy
Tĩnh tải tính toán mm kN/m 3 kN/m 2 kN/m 2
Bảng 6.4: Tải trọng sàn mái
Cấu tạo sàn vệ sinh
Trọng lượng riêng tiêu chuẩn
Hệ số độ tin cậy
Tĩnh tải tính toán mm kN/m 3 kN/m 2 kN/m 2
Bảng 6.5: Quy đổi tải tường tầng điển hình
Bảng 6.6: Quy đổi tải tường sân thượng
Loại tường Bề dày (mm)
Hoạt tải sử dụng được xác định tùy theo công năng sử dụng của từng ô sàn, lấy theo TCVN 2737 : 1995 Kết quả được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 6.7: Hoạt tải phân bố trên sàn
Phòng ngủ, phòng khách, phòng ăn, phòng bếp, phòng giặt, phòng tắm, sân thượng 1.5 1.3 1.95
Hành lang , cầu thang, ban công 3 1.2 3.6
Mái bằng không sử dụng 0.75 1.3 0.975
Bảng 6.8: Tổng hợp tải trọng tác dụng lên sàn Khu vực
Tĩnh tải kN/m 2 Hoạt tải kN/m 2
Sảnh, hành lang, cầu thang 1.62 1.962 3 3.6
Mái bằng không sử dụng 1.96 2.4 0.75 0.975
Phòng ăn, bếp, phòng khách 1.62 1.962 1.5 1.95
Ghi chú: Tĩnh tải các khu vực chỉ bao gồm các lớp, không bao gồm trọng lượng bê tông cốt thép
Theo TCVN 2737 : 1995 và TCXD 229 : 1999: Gió nguy hiểm nhất là gió vuông góc với mặt đón gió
Công trình cao 60.5 m>40 m nên tải gió gồm thành phần tĩnh và thành phần động
Tải trọng gió bao gồm hai thành phần: gió tĩnh và gió động
Tải trọng gió tĩnh được tính toán theo TCVN 2737 : 1995 như sau: Áp lực gió tĩnh tính toán tại cao độ z tính theo công thức:
Wtc = Wo × n × k × c × B (daN) Trong đó:
Giá trị áp lực gió Wo được xác định theo bản đồ phân vùng phụ lục D và điều 6.4 TCVN 2737: 1995 Công trình xây dựng tại Tp Hồ Chí Minh thuộc khu vực II-A, nơi có ảnh hưởng của gió bão được đánh giá là yếu, với giá trị Wo là 0.83 kN/m².
kz: là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, lấy theo bảng 5, TCVN 2737 : 1995 Dạng địa hình B
c: là hệ số khí động, đối với mặt đón gió c = + 0.8, mặt hút gió c = - 0.6 Hệ số tổng cho mặt đón gió và hút gió là: c = 0.8 + 0.6 = 1.4
Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió là n = 1.2
Bề rộng đón gió theo phương trục Y: Lx = 49.0 m
Bề rộng đón gió theo phương X: Ly = 29.0 m
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió Wj ở độ cao Zj so với mốc chuẩn được xác định theo công thức:
Tải trọng gió tĩnh được xác định là lực tập trung tại các cao trình sàn, với vị trí đặt lực tại tâm cứng của mỗi tầng Diện tích đón gió của từng tầng được tính toán dựa trên các thông số cụ thể, đảm bảo tính chính xác trong thiết kế.
hj, hj-1, B lần lượt là chiều cao tầng của tầng thứ j, j-1, và bề rộng đón gió
Bảng 6.9: Kết quả tính gió tĩnh THÀNH PHẦN TĨNH CỦA TẢI TRỌNG GIÓ
Kích thước nhà Cao độ
Tải tiêu chuẩn thành phần tĩnh (kN)
Tải tính toán thành phần tĩnh (kN)
Công trình có độ cao H`.5 (m) > 40 (m) nên cần phải tính thành phần động của gió
Sơ đồ tính toán động lực:
Vị trí các điểm tập trung khối lượng đặt tương ứng với cao trình trọng tâm của các kết cấu truyền tải trọng ngang của công trình (sàn nhà)
Giá trị các khối lượng tập trung trong sơ đồ tính toán được xác định bằng tổng khối lượng của kết cấu chịu lực, kết cấu bao che, trang trí và 0.5 hoạt tải.
Hình 6.1: Khai báo các trường hợp tải trọng
Hình 6.2: Khai báo Mass Source trong Etabs
Hình 6.3: Checks Model trước khi chạy chương trình
Xác định các đặc trưng động lực:
Xác định tần số dao động riêng:
Sau khi nhập các thông số về tiết diện dầm, cột, bản sàn, vách cứng và tải trọng hoạt động cũng như tĩnh tải của tường, hãy khai báo số mode là 12 để hoàn tất mô hình làm việc.
Với quy mô 17 tầng, công trình chịu ảnh hưởng lớn từ các mode, tuy nhiên, để đơn giản hóa tính toán, chúng ta có thể bỏ qua một số mode không quan trọng và chỉ lựa chọn 12 mode để phân tích.
Chạy chương trình Vào mục Display/Show Tables / Modal Participation để xem các chu kỳ và dạng dao động
Bảng 6.10: Chu kì dao động của công trình
Mode Period UX UY UZ SumUX SumUY SumUZ RX RY RZ SumRX SumRY SumRZ
Bảng 6.11: Kết quả chu kỳ và tần số dao động Mode Chu kỳ (s) Tần số (Hz) Phương Ghi chú
Vì đây là hệ khung bê tông cốt thép: =0.3 ; công trình ở vùng áp lực gió IIA Tra bảng 2 ( TCVN 229:1999) Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng f L =1.3
Dạng dao động thứ hai theo phương X có tần số f2 = 0.385822, nằm trong khoảng fL=1.3 và f4=1.347632, do đó chỉ cần xem xét ảnh hưởng của hai dạng dao động đầu tiên khi xác định thành phần động của tải trọng gió, không tính đến mode dao động xoắn.
Để xác định các dạng dao động riêng và tính toán chuyển vị tỉ đối giữa các sàn, sau khi nhập mô hình vào Etabs, cần khai báo sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng sàn Chạy chương trình sẽ cho ra kết quả chuyển vị tỉ đối của các sàn, được trình bày trong bảng dưới đây.
Hình 6.4: Khai báo sàn tuyệt đối cứng
Khối lượng tập trung tại các tầng
Vào Display/show tables/Building output/ center Mass rigidity
Hình 6.5: Khối lượng tập trung tại các tầng
Khối lượng các điểm tập trung theo các tầng được xuất từ Etabs:
Bảng 6.12: Khối lượng các tầng
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió tác dụng lên phần thứ j của công trình, xác định như sau:
Wo - giá trị áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo phân vùng áp lực áp lực gió TCVN 2737 :1995;
W0 = 83(daN/m²) Hệ số khí động c được xác định theo bảng 6 trong TCVN 2737:1995, với giá trị c = 0.8 + 0.6 = 1.4 Hệ số k(zj) không thứ nguyên tính đến sự thay đổi của áp lực gió, phụ thuộc vào độ cao zj, mốc chuẩn để tính độ cao và dạng địa hình Các giá trị của k(zj) được lấy theo TCVN 2737:1995.
Xác định thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên công trình
Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j với dạng dao động thứ i được xác định theo công thức :
+ Wp(ji) – lực, đơn vị tính toán lấy là (kN)
+ Mj – khối lượng tập trung của phần công trình thứ j (kN)
+ i – hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên, phụ thuộc vào thông số i và độ giảm lôga của dao động
+ yji – dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ i, không thứ nguyên
+ i – hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi phần tải trọng gió có thể coi như không đổi
Hệ số I được xác định bằng công thức : i =
+ MJ – khối lượng tập trung của phần công trình thứ J
+ YJi – dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ J ứng với dao động thứ i
WFJ là giá trị tiêu chuẩn của thành phần động do tải gió tác động lên phần thứ j của công trình, phản ánh các dạng dao động khác nhau khi xem xét ảnh hưởng của xung vận tốc gió Giá trị này có thứ nguyên là lực và được xác định theo công thức cụ thể.
WFJ = WJjDJhJ (kN) Trong đó:
+ Wj – là gía trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió, tác dụng lên phần thứ j của công trình, xác định như sau:
Wj = Wok(zj)c (daN/m 2 ) + Wo - giá trị áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo phân vùng áp lực gió theo TCVN 2737 :1995; W0 = 83(daN/m 2 )
Hệ số khí động c được xác định theo bảng 6 trong TCVN 2737:1995, có giá trị không thứ nguyên là c = 0.8 + 0.6 = 1.4 Hệ số k(zj) cũng là một hệ số không thứ nguyên, phản ánh sự thay đổi của áp lực gió và phụ thuộc vào độ cao zj, cùng với mốc chuẩn để tính độ cao và dạng địa hình tính toán Các giá trị của k(zj) được lấy theo TCVN 2737:1995, trong đó Wj là giá trị gió tĩnh đã được xác định như đã trình bày trước đó.
Hệ số áp lực động của tải trọng gió, ký hiệu là j, được xác định ở độ cao tương ứng với phần thứ j của công trình không thứ nguyên Các giá trị của j được lấy theo tiêu chuẩn TCVN 2737: 1995 và được cung cấp trong bảng 3 của tài liệu TCXD 229: 1999.
+ DJ;hJ – bề rộng và chiều cao của bề mặt đón gió ứng với phần thứ J
Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió được xác định cho các dạng dao động khác nhau của công trình, không thứ nguyên và phụ thuộc vào các tham số ρ và χ Đối với dạng dao động đầu tiên, hệ số này được ký hiệu là ν = ν1, được trình bày trong bảng 4 và 5 trên trang 8.
Tra bảng 4 và 5 trong TCXD 229 - 1999 ta có:
Gió theo phương Y mặt đón gió có dạng chữ nhật định hướng song song với mặt phẳng XOZ nên : = 49 ( m); = H = 60.5 (m)
Tra bảng 4 (trang 9 TCXD 229 : 1999) ta có 1 = 0.633
Gió theo phương X mặt đón gió có dạng chữ nhật định hướng song song với mặt phẳng ZOY nên : = 29 × 0.4 = 11.6 (m); = H = 60.5 (m)
Tra bảng 4 (trang 9 TCXD 229 : 1999) ta có 1 = 0.734
Xác định hệ số động lực i
Hệ số động lực i xác định phụ thuộc vào thông số i và độ giảm loga của dao động Thông số i được xác định theo công thức:
- hệ số độ tin cậy của tải gió, lấy bằng 1.2;
Wo - giá trị của áp lực gió (N/m 2 ); W00 (N/m 2 ); fi - tần số dao động riêng thứ i (Hz);
Từ i tra đồ thị (Hình 2 trang 10 – TCXD 229 : 1999) ta được i.
Công trình bằng bê tông cốt xthép =0.3 theo đồ thị hình 1; xác định hê số động lực
Bảng 6.13: Hệ số động lực
Xác định thành phần động của tải trọng gió
Từ giá trị MJ ; I ; i ; y Ji ta xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió WP(Ji) theo công thức :
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió được xác định theo công thức:
WP(ji) tt = WP(ji)
WP(ji) tt – là giá trị tính toán của tải trọng gió hoặc áp lực gió;
WP(ji) – là giá trị tiêu chuẩn của tải trọng gió hoặc áp lực gió;
- hệ số độ tin cậy đối với tải trọng gió, lấy bằng 1.2;
- là hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng giả định của công trình xác định theo bảng D.5 (trang 12 TCXD 229 : 1999)
Hình 6.6: Khối lượng tập trung tại các tầng và tâm khối lượng
Trong phân tích kết cấu, khi tâm hình học và tâm khối lượng gần nhau, ta có thể cộng gió tĩnh và gió động, sau đó gán vào tâm khối lượng của công trình Ngược lại, nếu tấm cứng và tâm khối lượng không gần nhau, gió tĩnh nên được gán vào tâm hình học, trong khi tâm gió động sẽ được gán vào tâm khối lượng.
Bảng 6.14: Tính toán thành phần động của tải trọng gió theo phương X ứng với dạng dao động thứ hai
Hệ số áp lực động ζj
Hệ số tương quan không gian ѵ1
Các thành phần động theo phương X
WFj=WjξiSj Tải tiêu chuẩn thành phần động X
Wp(ji)=MjξiΨiyji (kN)
Tải tính toán thành phần động X Wttp(ji)=Wp(ji)ò (kN) f1x = 0.4115 ɛ1 ξ1 ψ1 x1 WFj 1 Dạng 1 Dạng 1
Bảng 6.15: Tính toán thành phần động của tải trọng gió theo phương Y ứng với dạng dao động thứ nhất
Hệ số áp lực động ζj
Hệ số tương quan không gian ѵ1
Các thành phần động theo phương Y
WFj=WjξiSj Tải tiêu chuẩn thành phần động Y
Wp(ji)=MjξiΨiyji (kN)
Tải tính toán thành phần động Y Wttp(ji)=Wp(ji)ò (kN) f1y = 0.4016 ɛ1 ξ1 ψ1 y1 WFj 1 Dạng 1 Dạng 1
6.4.4.3 Nội lực và chuyển vị do tải trọng gió:
Nội lực cho thành phần tĩnh và động của tải gíó xác định như sau:
- X: Moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị ở đây ta xem là tải trọng tổng hợp của 2 thành phần tĩnh và động
- X t : Moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị do thành phần tĩnh của tải trọng gió gây ra, ở đây ta xem là tải thành phần tĩnh
X d i là các yếu tố như moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị, được sinh ra do thành phần động của tải trọng gió khi cấu trúc dao động ở dạng thứ i Trong trường hợp này, chúng ta xem xét tải thành phần động.
- s: số dạng dao động tính toán
Để thực hiện việc tổ hợp nội lực gió, chúng ta cần sử dụng phần mềm ETABS, vì quá trình tính toán này rất phức tạp và yêu cầu khối lượng tính toán lớn Các bước tổ hợp nội lực tải trọng sẽ được thực hiện theo quy trình cụ thể.
Tạo ra 4 trường hợp tải bao gồm:
Gió tĩnh theo phương X: WTX
Gió tĩnh theo phương Y: WTY
Gió động theo phương X ứng với Mode dao động 2: WDX
Gió động theo phương Y ứng với Mode dao động 1: WDY
Khai báo các tổ hợp cho cái trường hợp tải (COMBO)
Thành phần động gió theo phương X bao gồm Mode 2
Thành phần động gió theo phương Y bao gồm Mode 1
Tổ hợp nội lực thành phần tĩnh và động của tải trọng gió thông qua 2 COMBO
Gió theo phương X: WX = WDX + WTX
Gió theo phương Y: WY = WDY + WTY
Giá trị tải trọng gió tĩnh ta sẽ gán vào mô hình ETABS ở tâm hình học còn gió động gán vào tâm khối lượng của công trình s t d 2 i i 1
XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHO CÔNG TRÌNH
Sử dụng chương trình Etabs để xây dựng mô hình khung không gian cho công trình Đây là một chương trình chuyên dụng dùng để giải nhà cao tầng
6.5.1 Vẽ mô hình khung không gian:
Dựa trên các tính toán sơ bộ về tiết diện cột, dầm sàn và vách cứng, mô hình được vẽ với kích thước chính xác theo thực tế Mô hình này cần phản ánh đúng các điều kiện làm việc ngoài thực tế Đối với vách cứng, việc dán nhãn cho từng vách là cần thiết để khi xuất kết quả, có thể tính toán nội lực và xác định lượng thép cần thiết cho vách.
Trong đồ án này, để đơn giản hóa quá trình phân tích kết cấu bằng chương trình Etabs và đảm bảo an toàn, chúng tôi sử dụng các giá trị chuyển vị và khối lượng thu được từ tính toán gió động để thực hiện các phép tính.
6.5.2 Các trường hợp tải nhập vào mô hình:
Bảng 6.18: Bảng các trường hợp tải nhập vào mô hình
STT Các trường hợp tải Ký hiệu TYPE Self weight
Auto Lateral load Ghi chú
1 Tĩnh tải TT Dead 1 TT
2 Hoạt tải HT Live 0 HT
3 Gió tĩnh phương X WTX Wind 0 User defined Geometric center
4 Gió tĩnh phương Y WTY Wind 0 User defined Geometric center
(mode 2) WDX2 Wind 0 User defined Center mass
(mode 1) WDY1 Wind 0 User defined Center mass
7 Động đất phương X DDX Quake 0 User Load Center mass
8 Động đất phương Y DDY Quake 0 User Load Center mass
Tải trọng được tổ hợp theo TCVN 2737:1995
Bảng 6.19: Tổ hợp tải trọng Stt
10 COMB6 ADD TT; HT; WX 1; 0.9; 0.9
11 COMB7 ADD TT; HT; WX 1; 0.9; -0.9
12 COMB8 ADD TT; HT; WY 1; 0.9; 0.9
13 COMB9 ADD TT; HT; WY 1; 0.9; -0.9
18 COMB14 ADD TT; HT; QX 1; 0.3; 1
19 COMB15 ADD TT; HT; QX 1; 0.3; -1
20 COMB16 ADD TT; HT; QY 1; 0.3; 1
21 COMB17 ADD TT; HT; QY 1; 0.3; -1
22 COMB18 ADD TT; HT; QX; QY 1; 0.3; 1; 0.3
23 COMB19 ADD TT; HT; QX; QY 1; 0.3; -1; 0.3
24 COMB20 ADD TT; HT; QY; QX 1; 0.3; 1; 0.3
25 COMB21 ADD TT; HT; QY; QX 1; 1; 0.3; -1; 0.3
26 COMB22 ADD TT; HT; WX; WY 1; 0.9; 0.63; 0.63
27 COMB23 ADD TT; HT; WX; WY 1; 0.9; -0.63; 0.63
28 COMB24 ADD TT; HT; WX; WY 1; 0.9; 0.63; -0.63
29 COMB25 ADD TT; HT; WX; WY 1; 0.9; -0.63; -0.63
KIỂM TRA CHUYỂN VỊ ĐỈNH CÔNG TRÌNH
Hình 6.8: Chuyển vị đỉnh công trình
Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh nhà: fmax = 0.036026 m
Chiều cao nhà tại tầng thượng: H = 60.5 m
Theo TCVN 198:1997, kết cấu khung vách: fmax = 0.036026m < [f] = H/750 = 0.0807m nên công trình thỏa điều kiện chuyển vị đỉnh
Các hình ảnh biểu đồ nội lực xem tại PHỤ LỤC 2.
TÍNH THÉP CHO HỆ KHUNG
6.7.1.1 Tính toán thép cho dầm: Đối với dầm ta chỉ cần tính thép ứng với trường hợp mômen nội lực lớn nhất Từ kết quả giải nội lực trong Etabs, chọn trường hợp biểu đồ bao, khi đó nội lực là giá trị lớn nhất với kết quả cho trong bảng( xem phần phụ lục) Để đảm bảo xảy ra phá hoại dẻo thì cốt thép As phải không được quá nhiều, tức là phải hạn chế As và tương ứng với nó là hạn chế chiếu cao vùng nén x Thực nghiệm nghiên cứu đã cho thấy trường hợp phá hoại dẻo sẽ xảy ra khi:
Trong đó : ω – đặc trưng tính chất biến dạng của vùng bê tông chịu nén ω = - 0.008Rb
Rb - cường độ tính toán chịu nén của bê tông (MPa)
Cường độ tính toán chịu kéo của cốt thép (Rs) được đo bằng đơn vị MPa, trong khi ứng suất giới hạn của cốt thép trong vùng bê tông chịu nén (σsc,u) xảy ra khi bê tông đạt tới giới hạn cực hạn.
Hệ số điều kiện làm việc của bê tông γ = 1
Các thông số tính toán :
Cốt thép nhóm AIII : Rs = 365000 (kPa); Rsc = 365000 (kPa)
Bê tông cấp độ bền B25 (#350): Rb 500 (kPa) ; Rbt = 1050 (kPa)
Chiều cao làm việc của tiết diện : ho = hd –a
Kiểm tra hàm lượng cốt thép :
6.7.1.2 Tính toán cốt thép cột:
Hệ khung làm việc theo sơ đồ khung không gian, khiến các cột chịu đồng thời lực nén và mômen theo hai phương M2 và M3 Do đó, việc tính toán cột cần xem xét đến cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên Tuy nhiên, việc tính toán chính xác cột lệch tâm xiên khá phức tạp, vì cần bố trí thép cho cột trước và kiểm tra khả năng chịu lực của nó Với kích thước tiết diện cột và lượng thép đã bố trí sẵn, khả năng chịu lực của cột, bao gồm khả năng chịu nén và chịu uốn, sẽ được xác định Sự tương tác giữa khả năng chịu nén và uốn được thể hiện qua đường cong tương tác.
Đường cong tương tác trong không gian có tính phức tạp cao Vì vậy, bài viết này sẽ trình bày phương pháp tính gần đúng bằng cách chuyển đổi cột lệch tâm xiên thành cột lệch tâm phẳng tương đương, nhằm xem xét sự làm việc theo hai phương của cột.
Nguyên tắc tính toán thép cột theo cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên:
Hình 6.9: Sơ đồ nén lệch tâm xiên Điều kiện áp dụng phương pháp tính gần đúng 0.5 x 2 y
C cốt thép được đặt theo chu vi phân bố đều hoặc mật độ cốt thép trên cạnh b có thể lớn hơn
Tiết diện chịu lực nén N và mômen uốn Mx, My, cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên Cax và Cay, được xem xét khi phân tích uốn theo hai phương Qua đó, chúng ta tính toán được hệ số ηx và ηy, từ đó xác định được mômen đã gia tăng Mx1 và My1.
Trong đó độ lệch tâm ngẫu nhiên Cax, Cay được xác định như sau : ax
Tùy theo tương quan giữa Mx1, My1 với kích thước các cạnh mà đưa về một trong
Tính hệ số uốn dọc , x y : 1
Với N cr lực nén tới hạn được xác định theo công thức sau:
L o 0.7L với :L chiều cao tầng ax
: hệ số xét đến cốt thép ứng lực trước đến độ cứng của cấu kiện
Hệ số chuyển đổi mo
N , với hệ kết cấu siêu tĩnh o 2 e e h a
Có thể tính toán độ mảnh theo hai phương như sau:
Xét trường hợp lệch tâm:
Hình 6.10: Các trường hợp lệch tâm xiên
Trường hợp 1: Lệch tâm rất bé khi o 0.3 o e
h tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm e :
Hệ số uốn dọc thêm khi xét đúng tâm :
14 104tính theo công thức sau:1.028 0.0000288 2 0.0016
Diện tích của toàn bộ cốt thép Ast xác định theo công thức: e b e st sc b
h đồng thời x 1 R o h Trường hợp lệch tâm bé Xác định chiều cao vùng nén x theo công thức gần đúng như sau:
Diện tích của toàn bộ cốt thép tính theo công thức : 0.5
h đồng thời x 1 R o h Tính toán theo trường hợp lệch tâm lớn Tính Ast theo công thức : ( 0.5 )
Sau khi tính toán cốt thép cho cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên, chúng ta xác định được diện tích thép cần thiết Tiếp theo, cần bố trí thép hợp lý và kiểm tra khả năng chịu lực của cột dựa trên lượng thép đã tính toán, áp dụng phương pháp biểu đồ tương tác để đảm bảo tính chính xác và an toàn cho công trình.
Nguyên tắc tính toán để lặp biểu đồ tương tác như sau:
Lập công thức hình chiếu :N R bx b i A i
Công thức thực nghiệm để xác định: , 1
Hình 6.11: Mặt biểu đồ tương tác
Nếu à àmin thỡ chọn cốt thộp theo As
Kiểm tra hàm lượng cốt thộp tổng àt
6.7.1.3 Tính toán cốt đai cho dầm và cột:
Tính toán cốt đai cho dầm:
Thông thường trong khung bê tông cốt thép toàn khối chỉ dùng cốt đai để chịu lực cắt
Lực cắt lớn nhất thường xuất hiện tại vị trí đầu dầm, nơi có mô men âm lớn, vì vậy khi tính toán lực cắt, cần coi cánh dầm nằm trong vùng kéo và chỉ tính theo tiết diện chữ nhật chịu lực cắt Do lực dọc trong dầm thường nhỏ, ảnh hưởng của lực dọc có thể bị bỏ qua, tức là có thể lấy φn = 0.
Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính của bụng dầm
Trong đó : φw1 – hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt đai đặt vuông góc với trục dầm, được xác định theo công thức φw1 = 1+5àw < 1.3; = Es / Eb; àw = Asw / bs
Asw – diện tích một lớp cốt đai b – bề rộng sườn s – khoảng cách giữa các lớp cốt đai φb1 – hệ số ảnh hưởng của bê tông
Kiểm tra sự cần thiết phải đặt cốt đai b 4 1 n R bh bt o 2
Trong đó: vế phải của công thức trên được lấy không lớn hơn 2.5Rbtbho và không nhỏ hơn φb3(1+φn) Rbtbho
Hệ số b 4 =1.5 đối với bêtông nặng
Tính toán q sw - khi chịu tải trọng tập trung
Tính giá trị qswi theo các hệ số i i bi bi
Trong đó Qi lực cắt ở tiết diện cách gối tựa một đoạn ci
Nhưng không nhỏ hơn : Qbmin = φb3Rbbho ; co = ci và co < 2ho
Tính toán q sw – khi chịu tải trọng phân bố đều
Xác định lực cắt Qmax lớn nhất trên biểu đồ
Xác định giá trị của tải trọng thường xuyên phân bố liên tục q1; i 2 q g p Với g, p lần lượt là tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời phân bố đều
Trong đó: Q bi 2 M q b 1 ; M b b 2 f n R bh bt o 2
Trong cả hai trường hợp trên: w 1
h thì phải tính lại qsw theo công thức:
Khoảng cách (S) giữa các lớp cốt đai
Khoảng cách theo tính toán giữa các lớp cốt đai (Stt)
Ta chọn trước đường kớnh cốt đai ỉsw và bố trớ nhỏnh đai “n” trong một lớp suy ra diện tích cốt đai:
Khoảng cách theo tính tóan giữa các lớp cốt đai (Stt):
Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai (Smax):
, với bê tông nặng thì φb2 = 2
Khoảng cách lấy theo yêu cầu cấu tạo (Sct) được xác định như sau: Tại vị trí gần gối tựa, khoảng cách này bằng nhịp dầm khi có tải trọng phân bố đều, và bằng khoảng cách từ gối tựa đến lực tập trung gần nhất, nhưng không nhỏ hơn nhịp.
Khi chiều cao tiết diện h < 450 mm : min ;150 ct 2
Khi chiều cao tiết diện h > 450 mm : min ;500 ct 3
S h mm Trên các phần còn lại của nhịp:
Khi chiều cao tiết diện h > 300 mm : 3 min ;500 ct 4
S h mm Giá trị khoảng cách cốt đai bố trí (S) : Smin S S tt , max , S ct
Tính toán cốt đai cho cột:
Cốt thép ngang trong cột có vai trò quan trọng trong việc liên kết các thanh thép dọc, tạo nên hệ khung vững chắc và giữ cho cốt thép dọc ổn định trong quá trình thi công Khi chịu nén, cốt thép dọc có thể bị cong, dẫn đến việc phá vỡ lớp bê tông bảo vệ Cốt đai giúp ngăn chặn hiện tượng cong và bậc ra ngoài của cốt thép dọc; nó chịu kéo và cần được neo chắc chắn để tránh bị bung ra hoặc đứt Đường kính của thép đai phải lớn hơn 0.25 lần đường kính tối đa của cốt thép dọc, và khoảng cách giữa các thép đai tại vị trí nối không được vượt quá 10 lần đường kính tối thiểu của cốt thép dọc Trong đoạn nối buộc cốt thép dọc, cần có ít nhất 4 cốt thép đai để đảm bảo tính ổn định.
Khoảng cách giữa các thép đai trong các đoạn còn lại 10 min
Chọn đai ỉ8a100 trong đoạn nối buộc cốt thộp
Chọn đai ỉ8a150 trong đoạn cũn lại
Các nút khung, nút liên kết cột, vách và dầm là những vị trí chịu nội lực lớn, do đó cần bố trí cốt thép chịu lực theo tính toán và thêm cốt đai gia cường Cốt đai này giúp liên kết cột và dầm, ngăn chặn sự gia tăng lực cắt đột ngột tại nút, đồng thời tăng cường sự bền vững của nút trước những nội lực xuất hiện trong tiết diện nghiêng mà chưa được định lượng trong tính toán.
Tính toán chiều dài đoạn neo cốt thép:
Chiều dài đoạn neo hoặc nối cốt thép: an an s an b l R ỉ
và không nhỏ hơn an an l ỉ
- Trong vùng kéo: s an an an b an
- Trong vùng nén: s an an an b an
- Trong vùng kéo: s an an an b an
- Trong vùng nén: s an an an b an
Cấu tạo kháng chấn cho dầm:
Trong TCVN 9386 : 2012(Mục 5.4.3.1.2), theo giá trị gia tốc nền thiết kếa g I a gR , chia thành ba trường hợp động đất sau:
Động đất mạnh ag 0.08g, phải tính toán và cấu tạo kháng chấn
Động đất yếu 0.04g ag 0.08g, chỉ cần áp dụng các giải pháp kháng chấn đã được giảm nhẹ
Động đất rất yếu ag < 0.04g nên không cần thiết kế kháng chấn
Theo các trường hợp trên, công trình với ag = 0.0747g 0.08g thì chỉ cần áp dụng các giải pháp kháng chấn đã được giảm nhẹ
Cấu tạo kháng chấn cho dầm
Đường kính dbw của các thanh cốt đai (tính bằng mm) không được nhỏ hơn 6mm
Khoảng cách s của các vòng cốt đai (tính bằng mm) không được vượt quá: w min ; 24 w; 225;8
- Trong đó: dbL là đường kính thanh cốt thép dọc nhỏ nhất (tính bằng mm) hw là chiều cao tiết diện của dầm (tính bằng mm)
Ngoài ra, cốt đai trong dầm phải là đai kín, được uốn móc 45 o và với chiều dài móc là 10dbw
Cấu tạo kháng chấn cho cột:
Tổng hàm lượng cốt thép dọc 1 không được nhỏ hơn 0.01 và không được vượt quá 0.04 Trong các tiết diện ngang đối xứng cần bố trí cốt thép đối xứng
Phải bố trí ít nhất một thanh trung gian giữa các thanh thép góc dọc theo mỗi mặt cột để đảm bảo tính toàn vẹn của nút dầm - cột
Các vùng trong khoảng cách lcr kể từ hai tiết diện đầu mút của cột kháng chấn chính phải được xem như là các vùng tới hạn
Khi thiếu những thông tin chính xác hơn, chiều dài của vùng tới hạn lcr (tính bằng m) có thể được tính toán từ biểu thức sau đây:
Hình 6.12: Cốt thép ngang trong vùng tới hạn của dầm
- hc là kích thước lớn nhất tiết diện ngang của cột (tính bằng m)
- lcl là chiều dài thông thủy của cột (tính bằng m)
Nếu cl 3 c l h , toàn bộ chiều cao của cột kháng chấn chính phải được xem như là một vùng tới hạn và phải được đặt cốt thép theo quy định
Trong các vùng tới hạn của cột kháng chấn chính, cần bố trí cốt đai kín và đai móc có đường kính tối thiểu 6 mm với khoảng cách hợp lý để đảm bảo độ dẻo tối thiểu và ngăn ngừa mất ổn định cục bộ của thanh thép dọc Hình dạng của đai phải được thiết kế để tăng khả năng chịu lực của tiết diện ngang, nhờ vào ứng suất ba chiều mà các vòng đai tạo ra Những điều kiện tối thiểu này sẽ được coi là thỏa mãn nếu đáp ứng các yêu cầu đã đề ra.
+ bo là kích thước tối thiểu của lõi bê tông (tính tới đường trục của cốt thép đai) (mm)
+ dbL là đường kính tối thiểu của các thanh cốt thép dọc (mm)
Khoảng các giữa các thanh cốt thép dọc cạnh nhau được cố định bằng cốt đai kín và đai móc không vượt quá 200 mm
Hình 6.13: Sự bó lõi bê tông 6.7.2 Nội lực tính toán:
Nội lực cột khung trục 4
Nội lực dùng để tính toán cho khung trục 4 và khung trục A1 xem phần phụ lục
Trong khung có nhiều phần tử dầm và cột, vì vậy chỉ cần chọn các phần tử dầm và cột đại diện để tính toán Các phần tử còn lại sẽ được tính toán theo cách tương tự.
6.7.3.1 Phần tử cột: a) Tính toán cốt thép dọc
Lựa chọn cột C9 tầng 1 để tính toán đại diện
Thép AIII : Rs = 365000 kPa; Rsc = 365000 kPa
Bê tông cấp độ bền B25 : Rb 500 kPa ; Rbt = 1050 kPa
Các thông số nội lực :
Nội lực để tính toán nén lệch tâm xiên được lầy từ kết quả tổ hợp trong đó cần chú ý các bộ ba nội lực sau:
4- M x và M y có ex và ey lớn nhất
Tính toán cột C1 tầng 3 (trường hợp lệch tâm rất bé)
Bảng 6.20: Nội lực cột C1 tầng 3
Tổ hợp Chiều Nội lực Tiết diện tải dài Lực dọc Moment
(kNm) Cx Cy l (m) N (kN) Mx My (mm) (mm) TANG 3 C1 COMB9 3.6 -5434.30 -47.13 -210.10 400 700
Chiều dài tính toán lo : lo =0.7l = 0.73.6 = 2.52m = 2520mm
Độ lệch tâm tĩnh học e1 :
Độ lệch tâm ngẫu nhiên ea :
Độ lệch tâm ban đầu eo :
1 ; 8.673;13.33 13.33 ax x ax e max e e max mm
1 ; 38.662; 23.33 38.662 ay y ay e max e e max mm
Vậy b=Cx = 400 mm, h = Cy = 700 mm, M1=My1= kNm, M2=Mx1=0.388 kNm,
Giả sử aP → ho= 700 - 50 = 650 mm
Độ lệch tâm ngẫu nhiên ea: ea = eay + 0.2eax = 38.662+0.2 × 13.33= 41.328 mm
Độ lệch tâm tĩnh học e1:
Độ lệch tâm ngẫu nhiên eo:
0.5 44.733 0.5 700 50 344.733 e e o h a mm Tính toán cốt thép:
h tính toán cho trường hợp nén lệch tâm rất bé tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm:
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm :
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc:
Tính toán cột C1 tầng 15 (trường hợp lệch tâm lớn)
Bảng 6.21: Nội lực cột C1 tầng 15 Story Column Tổ hợp tải
Chiều Nội lực Tiết diện dài Lực dọc Moment (kNm) Cx Cy l (m) N (kN) Mx My (mm) (mm) TANG15 C1 COMB19 MIN 3.6 -550.01 -173.90 -145.79 400 700
Chiều dài tính toán lo: lo =0.7l = 0.73.6 = 2.52m = 2520mm
nên ηx =1, ηy =1 Độ lệch tâm tĩnh học e1:
Độ lệch tâm ngẫu nhiên ea:
Độ lệch tâm ban đầu eo : max( 1 ; ) max(316.176;13.33) 316.176 ax x ax e e e mm
1 ay max( ; ) max(265.068;23.33) 265.068 ay y e e e mm
Vậy b=Cy = 700 mm, h=Cx = 400 mm, M1=M1y3.90 kNm, M2=M1x5.79 kNm, Giả sử a@ → ho@0 - 50 = 350 mm
Độ lệch tâm ngẫu nhiên ea: ea = eay+0.2eax = 265.068 + 0.2 × 316.176= 328.303 mm
Độ lệch tâm tĩnh học e1
Độ lệch tâm ngẫu nhiên eo:
0 max( ; ) a 1 max(328.303; 453.56) 453.56 e e e mm e=eo + 0.5h – a = 453.56+ 0.5 × 400 - 50 `3.56 mm
h , đồng thời x1 < ξRho=0.563×3507.05 Nên tính toán nén lệch tâm lớn
Xác định chiều cao vùng chịu nén x theo công thức gần đúng sau: x=x1T.19
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc:
Tương tự cho các cột còn lại, bảng tổng hợp cốt thép được trình bày trong phần phụ lục b) Tính toán cốt đai cột
Trong khoảng l1=hcp0 (mm) tính từ mép trên và mép dưới dầm theo quy định cấu tạo: ta bố trớ ỉ8a100
Trong khoảng nối cốt thộp ta bố trớ ỉ8a150
Trong khoảng cũn lại ta bố trớ ỉ8a200
Bảng 6.22: Bảng tính cốt thép cho cột khung trục C
Dưới đây là bảng dữ liệu về các thông số của các loại TANG khác nhau, bao gồm TANG THUONG C13 COMB9, TANG C14 COMB1, và nhiều loại khác Mỗi loại TANG được mô tả với các chỉ số như giá trị LTL, LTRB, và các thông số khác như 0.0, 3.6, 40, 70, 5, cùng với các giá trị âm và dương thể hiện sự thay đổi Các dữ liệu này có thể hữu ích trong việc phân tích và so sánh hiệu suất của từng loại TANG, từ TANG 2 C13 COMB7 với giá trị -4805.02 đến TANG 9 C14 COMB1 với giá trị -4956.34, cho thấy sự đa dạng và phức tạp trong các thông số kỹ thuật của từng loại.
TANG 8 C14 COMB1 0.0 3.6 50 70 5 -5664.14 2.82 -0.03 LTRB 30.907 0.981 24ỉ22 91.2 TANG 7 C14 COMB1 0.0 3.6 50 70 5 -6388.50 3.93 -0.03 LTRB 53.376 1.694 24ỉ22 91.2 TANG 6 C14 COMB1 0.0 3.6 50 70 5 -7131.58 3.96 -0.03 LTRB 76.426 2.426 24ỉ22 91.2 TANG 5 C14 COMB1 0.0 3.6 60 70 5 -7901.71 6.68 -0.03 LTRB 68.772 1.786 24ỉ28 147.71 TANG 4 C14 COMB1 0.0 3.6 60 70 5 -8683.28 6.18 -0.02 LTRB 92.761 2.409 24ỉ28 147.71 TANG 3 C14 COMB1 0.0 3.6 60 70 5 -9476.06 13.98 -0.04 LTRB 117.093 3.041 24ỉ28 147.71 TANG 2 C14 COMB1 0.0 5 60 70 5 -10301.82 -2.74 -0.02 LTRB 146.464 3.804 24ỉ28 147.71 TANG TRET C14 COMB1 0.0 3 60 70 5 -11049.70 -5.13 -0.02 LTRB 164.972 4.285 24ỉ28 147.71
Bảng 6.23: Bảng tính cốt thép cho cột khung trục 3
MIN 0.0 3.6 40 70 5 -2665.33 -177.20 -140.89 LTRB 14.159 0.578 16ỉ25 78.5 TANG 8 C1 COMB7 0.0 3.6 40 70 5 -3052.46 -171.56 -143.36 LTRB 16.199 0.661 16ỉ25 78.5 TANG 7 C1 COMB7 0.0 3.6 40 70 5 -3417.32 -165.29 -141.17 LTRB 20.438 0.834 16ỉ25 78.5 TANG 6 C1 COMB25 0.0 3.6 40 70 5 -3977.05 -131.35 -165.38 LTRB 27.247 1.112 16ỉ25 78.5 TANG 5 C1 COMB25 0.0 3.6 40 70 5 -4381.79 -119.28 -167.51 LTRB 35.898 1.465 16ỉ25 78.5 TANG 4 C1 COMB25 0.0 3.6 40 70 5 -4800.05 -102.80 -160.37 LTRB 44.239 1.806 16ỉ25 78.5 TANG 3 C1 COMB9 0.0 3.6 40 70 5 -5434.30 -47.13 -210.10 LTRB 57.975 2.230 16ỉ25 78.5 TANG 2 C1 COMB24 2.2 5 40 70 5 -5930.86 10.98 -11.04 LTRB 75.532 3.083 16ỉ25 78.5 TANG TRET C1 COMB9 3.0 3 40 70 5 -2549.59 -29.28 -80.83 LTRB -34.538 -1.328 16ỉ25 78.5 TANG MAI C6 COMB22 3.0 3.6 40 70 5 48.07 -56.52 -221.44 LTL 34.585 1.330 12ỉ22 45.59 TANG THUONG C6 COMB18
MIN 3.6 3.6 40 70 5 -1834.93 -67.11 -49.63 LTRB -47.882 -1.954 12ỉ22 45.59 TANG 12 C6 COMB22 3.6 3.6 40 70 5 -2409.10 60.48 62.77 LTRB -33.350 -1.361 12ỉ22 45.59 TANG 11 C6 COMB25 0.0 3.6 40 70 5 -3175.01 6.67 0.39 LTRB -15.670 -0.640 12ỉ22 45.59 TANG 10 C6 COMB25 0.0 3.6 50 70 5 -3794.72 6.36 -3.23 LTRB -27.082 -0.860 24ỉ22 91.2 TANG 9 C6 COMB9 0.0 3.6 50 70 5 -4413.95 24.56 -16.48 LTRB -7.874 -0.250 24ỉ22 91.2 TANG 8 C6 COMB9 0.0 3.6 50 70 5 -5059.63 23.43 -21.56 LTRB 12.155 0.386 24ỉ22 91.2 TANG 7 C6 COMB9 0.0 3.6 50 70 5 -5722.57 22.68 -26.64 LTRB 32.719 1.039 24ỉ22 91.2 TANG 6 C6 COMB9 0.0 3.6 50 70 5 -6373.66 -20.34 22.18 LTRB 52.916 1.680 24ỉ22 91.2 TANG 5 C6 COMB25 0.0 3.6 60 70 5 -7135.64 -8.18 -22.86 LTRB 43.950 1.127 24ỉ28 147.71 TANG 4 C6 COMB25 0.0 3.6 60 70 5 -7858.67 -10.22 -26.56 LTRB 66.009 1.693 24ỉ28 147.71 TANG 3 C6 COMB25 0.0 3.6 60 70 5 -8554.81 -6.70 -4.21 LTRB 88.818 2.307 24ỉ28 147.71 TANG 2 C6 COMB9 0.0 5 60 70 5 -9280.73 -13.91 -12.05 LTRB 114.725 2.980 24ỉ28 147.71 TANG TRET C6 COMB25 0.0 3 60 70 5 -9928.70 9.56 5.19 LTRB 130.608 3.392 24ỉ28 147.71 TANG MAI C11 COMB22 0.0 3.6 40 70 5 -83.78 193.24 158.79 LTL 60.794 2.481 16ỉ25 78.5 TANG THUONG C11 COMB22 0.0 3.6 50 70 5 -284.46 357.29 121.94 LTL 64.041 2.033 16ỉ25 78.5
MAX 0.0 3.6 50 70 5 -1414.17 341.03 111.58 LTL 25.839 0.820 16ỉ25 78.5 TANG 11 C11 COMB22 0.0 3.6 50 70 5 -1961.10 338.98 108.52 LTL 19.716 0.626 16ỉ25 78.5
TANG 8 C11 COMB22 0.0 3.6 50 70 5 -2852.56 313.39 78.68 LTRB 28.755 0.913 16ỉ25 78.5 TANG 7 C11 COMB22 0.0 3.6 50 70 5 -3142.19 298.17 93.91 LTRB 17.232 0.547 16ỉ25 78.5 TANG 6 C11 COMB22 0.0 3.6 50 70 5 -3431.74 278.27 115.48 LTRB 11.202 0.356 16ỉ25 78.5 TANG 5 C11 COMB22 0.0 3.6 50 70 5 -3724.67 255.08 111.05 LTRB 8.847 0.281 16ỉ25 78.5 TANG 4 C11 COMB25 3.0 3.6 50 70 5 -5155.43 77.52 -48.14 LTRB 15.127 0.480 16ỉ25 78.5 TANG 3 C11 COMB25 0.0 3.6 50 70 5 -5649.24 67.41 -3.30 LTRB 30.445 0.966 16ỉ25 78.5 TANG 2 C11 COMB25 0.0 5 50 70 5 -6123.65 -41.51 -20.74 LTRB 48.286 1.533 16ỉ25 78.5 TANG TRET C11 COMB25 0.0 3 50 70 5 -6568.79 23.26 9.41 LTRB 57.704 1.832 16ỉ25 78.5
Bản vẽ bố trí thép cột (KC 06, 07)
6.7.3.2 Phần tử dầm: a) Tính cốt thép dọc:
Chọn dầm B1 có vị trí và các thông số nội lực cho trong bảng:
Bảng 6.24: Các thông số tính toán dầm B1
Các thông số vật liệu :
Bêtông cấp độ bền B25 có Rb = 14.5 (MPa); Rbt = 1.05 (MPa)
Cốt thép nhóm AIII có Rs = 365 (MPa) ; Rsc = 365 (MPa)
Xét gối trái ho = 600 – 60 = 540 (mm)
Kiểm tra hàm lượng cốt thép: min
Chọn 4ỉ22 + 2ỉ18(As = 20.28 cm 2 ) bố trớ
Tính toán cốt thép cho nhịp (Mômen dương)
Tính theo tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng chịu nén với h ' f 25 (cm) Giả thiết a = 60 (mm), ho = 600 – 60 = 540 (mm)
Giá trị độ vươn cánh Sc lấy bé hơn giá trị sau:
Một nửa khoảng cách giữa các sườn dọc: 0.5×(8.4-0.3) = 4.05 (m)
Suy ra độ vươn cánh Sc = 1.35 (m)
Ta có Mmax = 57.59 (kN.m) < Mf : trục trung hòa đi qua cánh
Kiểm tra hàm lượng cốt thép : 2.993 100 min
Chọn 2ỉ22 (As = 7.6 cm 2 ) bố trớ, hàm lượng cốt thộp bố trớ à = 0.185%
Tính toán tương tự cho gối phải ta có bảng tổng hợp sau :
Bảng 6.25: Tính toán và bố trí cốt thép dầm B1 tầng 14
B1 Gối phải 150.865 60 0.119 0.127 8.17 3ỉ22 11.4 0.505 b) Tính toán cốt đai dầm:
Dựa vào biểu đồ bao lực cắt ta có lực cắt lớn nhất B1 tầng 14, COMBOBAO MAX
Khả năng chịu cắt của bê tông:
Chọn đai ỉ8, ta cú bề rộng dầm b00 nờn để đảm bảo độ cứng của khung thộp dầm ta chọn đai 2 nhánh
410.37( ) (177.49 10 ) b f n bt o sw sw tt tt
Kiểm tra khả năng chịu ứng suất chính ở bụng : bt 0.3 bl wl b o
Q bt Q kN cốt đai bố trí đủ chịu lực cắt
Vậy cốt đai chọn ỉ8a150 bố trớ cho dầm B1 đảm bảo khả năng chịu cắt
- Tớnh toỏn tương tự ta chọn được cốt đai bố trớ ỉ8a150 trong đoạn L/4 của cỏc dầm
- Tớnh toỏn tương tự ta chọn được cốt đai bố tŕ ỉ8a250 trong đoạn cũn lại của cỏc cỏc dầm
Do yờu cầu khỏng chấn ta bố trớ đai ỉ8a100 trong cỏc đoạn lcr = 2hd
Theo yêu cầu cấu tạo kháng chấn theo quy định trong TCVN 198-1997, trong khoảng 2h (với h là chiều cao dầm) ta bố trớ đai ỉ8a100
Trong khoảng giữa dầm bố trớ đai ỉ8a250
Bảng 6.26: Kết quả tính dầm khung tầng điển hình (tầng 14)
VỊ TRÍ Dầm TỔ HỢP b
TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG KHUNG TRỤC C VÀ 3’
Vách là kết cấu chịu lực quan trọng trong nhà nhiều tầng, nhưng việc tính toán cốt thép chưa được quy định rõ trong tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam Do đó, trong đồ án này, chúng tôi áp dụng phương pháp “giả thiết vùng biên chịu môment” để xác định cốt thép cho vách cứng.
Nội dung của phương pháp ”giả thiết vùng biên chịu mômen”
Thông thường, các vách cứng dạng côngxôn phải chịu tổ hợp nội lực sau: N, Mx,
Vách cứng được bố trí trên mặt bằng nhằm chịu tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng của nó, do đó có thể bỏ qua khả năng chịu mômen ngoài mặt phẳng Mx và lực cắt theo phương vuông góc với mặt phẳng Qy Chỉ xem xét tổ hợp nội lực gồm N, My, và Qx.
Hình 6.14: Sơ đồ nội lực tác dụng lên vách phẳng
Phương pháp này cho rằng cốt thép ở hai đầu vách được thiết kế để chịu toàn bộ momen, trong khi lực dọc trục được giả định phân bố đều trên toàn bộ chiều dài của vách.
6.8.2 Các giả thiết cơ bản: Ứng suất kéo do cốt thép chịu Ứng suất nén do bêtông và cốt thép chịu
Xét vách cứng chịu tải trọng NZ, MY, biểu đồ ứng suất tại các điểm trên mặt cắt ngang của vách cứng
Hình 6.15: Mặt cắt và mặt đứng vách
Bước 1: Giả thiết chiều dài B của vùng biên chịu moment Xét vách chịu lực dọc trục
N và momen uốn trong mặt phẳng My, momen này tương đương với 1 cặp ngẫu lực đặt ở h ai vùng biên của vách
Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên
F : Diện tích mặt cắt vách
Fb : Diện tích vùng biên
Bước 3 : Tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén
Để tính toán cốt thép cho vùng biên của cột chịu kéo - nén đúng tâm, cần xác định khả năng chịu lực của cột Khả năng này được tính theo một công thức cụ thể, đảm bảo đáp ứng yêu cầu thiết kế và an toàn cho công trình.
Rb, Rs: Cường độ tính toán chịu nén của BT và của cốt thép
Fb, Fa: diện tích tiết diện BT vùng biên và của cốt thép dọc
1: hệ số giảm khả năng chịu lực do uốn dọc (hệ số uốn dọc) Xác định theo công thức thực nghiệm, chỉ dùng được khi:14 104
Độ mảnh của vách (i) được xác định bằng chiều dài tính toán của vách (lo) và bán kính quán tính của tiết diện theo phương mảnh (imin), với công thức imin = 0.288 × b Khi độ mảnh (λ) nhỏ hơn hoặc bằng 14, có thể bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc và lấy hệ số an toàn (φ) là 1, tuy nhiên, để thiên về an toàn hơn, có thể sử dụng φ = 0.9.
Từ công thức trên ta suy ra diện tích cốt thép chịu nén: n b nen a a
Khi N < 0, tức là trong vùng biên chịu kéo, ứng lực kéo do cốt thép chịu sẽ được xác định Diện tích cốt thép chịu kéo được tính toán theo công thức cụ thể, nhằm đảm bảo tính toán chính xác cho thiết kế.
R Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép Nếu không thỏa mãn thì phải tăng kích thước
Chiều dài B của vùng biên tối đa là L/2; nếu chiều dài này vượt quá, cần phải tăng bề dày tường để đảm bảo cấu trúc vững chắc.
Khi tính ra Fa < 0: đặt cốt thép chịu nén theo cấu tạo Theo TCVN 198-1997 Thép cấu tạo cho vách cứng trong vùng động đất trung bình
Cốt thép đứng: hàm lượng: 0.6(%) 3.5(%)
Cốt thép ngang: hàm lượng 0.4% nhưng không chọn ít hơn 1/3 hàm lượng của cốt thép dọc
Bước 5: Kiểm tra phần tường còn lại để đảm bảo các cấu kiện chịu nén được đặt đúng tâm Nếu bê tông đã đạt đủ khả năng chịu lực, cốt thép chịu nén trong khu vực này cần được bố trí theo đúng cấu tạo.
Bước 6: Tính cốt thép ngang
Tại mỗi tiết diện của vách, cần gia cường thép đai ở hai đầu để chịu ứng suất cục bộ Ứng suất tiếp và ứng suất pháp trong mặt phẳng thường xuất hiện tại hai đầu vách, nơi truyền lực lớn nhất trước khi lan tỏa ra xung quanh.
Tính toán cốt đai cho vách tương tự như tính toán cốt đai cho dầm
Kiểm tra điều kiện hạn chế:
Bêtông không bị phá hoại do ứng suất nén chính: Q max Q o k o R bt b h o
Khả năng chịu cắt của bêtông: Q max Q 1 k 1 R sc b h o (với k1 = 0,8)
Nếu thoả cả hai điều kiện (1) và (2) thì chỉ cần đặt cốt đai theo cấu tạo Điều kiện chiều dài bước đai: w 2 0
Bước 7: Bố trí cốt thép cho vách cứng
Khoảng cách giữa các thanh cốt thép dọc và ngang không được lớn hơn trị số nhỏ nhất trong hai trị số sau:
Bố trí cốt thép cần phải tuân thủ theo “TCVN 198:1997” như sau:
Phải đặt hai lớp lưới thép Đường kính cốt thép chọn không nhỏ hơn 10 mm và không hơn 0.1b
Hàm lượng cốt thép đứng chọn 0.6(%) 3.5(%) (đối với động đất trung bình mạnh)
Cốt thép nằm ngang chọn không ít hơn 1/3 lượng cốt thép dọc với hàm lượng 0.4% ( đối với động đất trung bỡnh và mạnh ).Ta dựng đai ỉ10, 2 nhỏnh (n = 2)
Cần có biện pháp tăng cường tiết diện ở khu vực biên các vách cứng
Tại các góc liên kết các vách cứng với nhau phải bố trí các đai liên kết
Do môment có thể đổi chiều nên cốt thép vùng biên As = max (As nen, As keo); cốt thép vùng giữa As’
6.8.2.2 Tính toán cốt thép một trường hợp cụ thể cho vách:
Vách có kích thước bề rông: tw = 0.3 m; chiều dài vách: L = 4.1 m chạy từ tầng hầm đến tầng mái
Kết quả nội lực vách được xuất từ Etabs với vách được gán các dạng phần tử PIER
Bảng 6.27: Nội lực tính toán vách đại diện
Bê tông cấp độ bền B25 có Rb = 14.5 (MPa)
Cốt thép nhóm AIII có Rs = 365(MPa)
Giả sử vùng biên: Ll = Lr = 0.2 x 4100 = 820 mm
Chiều dài vùng giữa: Lm = L – 2Lr = 4100 – 2 x 820 = 2460 mm
Diện tích vùng biên: Ab = Lr x B= 820 x 300 = 246000 mm 2
Diện tích vùng giữa: Am = Lm x B = 2460 x 300 = 738000 mm 2
Story Pier Load P(KN) M2(KNm) M3(KNm) B (mm) L(mm) TẦNG 3 P20 COMB18
Chiều dài tính toán: L0 H 0.7 5000 3500 mm Độ mảnh tính toán: L 0 3500
Diện tích cốt thép chịu kéo:
Diện tớch cốt thộp chịu kộo: bố trớ cấu tạo => Chọn 12ỉ16
Diện tích cốt thép vùng giữa:
Bố trớ cấu tạo Chọn 28ỉ16
Vậy diện tích Bêtông vùng giữa đủ khả năng chịu lưc Do đó trong trong vùng giữa này ta bố trớ cốt thộp cấu tạo Chọn ỉ16a200 cú hàm lượng μ =0.62%
Xét đến trường hợp đổi chiều của Mômen nên ta sẽ bố trí cốt thép đối xứng ở vùng biên Đường kớnh cốt ngang: chọn ỉ = 10 mm
Bố trí đều hết cốt đai với khoảng s = 200 mm vùng giữa vách
Bố trí đều hết cốt đai với khoảng s = 100 mm vùng biên vách
Bảng 6.28: Kết quả tính toán cốt thép vách Pier7 các tầng
Dưới đây là thông tin về các tầng trong P7 với các chỉ số quan trọng: Tầng Mai P7 có giá trị -350.72 và độ cao 218.47 Tầng Thương P7 ghi nhận giá trị -275.03 và độ cao 190.04 Tầng 15 P7 có giá trị -1266.5 và độ cao 136.24 Tầng 14 P7 với giá trị -1636.08 và độ cao 110.83 Tầng 13 P7 có giá trị -1996.62 và độ cao 86.57 Tầng 12 P7 ghi nhận giá trị -2347.94 và độ cao 63.61 Tầng 11 P7 có giá trị -2689.29 và độ cao 40.67 Tầng 10 P7 ghi nhận giá trị -2890.05 và độ cao 86.34 Tầng 9 P7 có giá trị -3212.38 và độ cao 78.42 Tầng 8 P7 ghi nhận giá trị -3641.19 và độ cao -31.37 Tầng 7 P7 có giá trị -3926.45 và độ cao -62.03 Tầng 6 P7 ghi nhận giá trị -4190.43 và độ cao -98.31 Tầng 5 P7 có giá trị -4429.75 và độ cao -137.04 Tầng 4 P7 ghi nhận giá trị -4559.49 và độ cao 272.62 Tầng 3 P7 có giá trị -4772.11 và độ cao 358.89 Tầng 2 P7 ghi nhận giá trị -5011.46 và độ cao -235.84 Cuối cùng, Tầng Tret P7 có giá trị -5432.98 và độ cao -557.55.
Bảng 6.29: Kết quả tính toán cốt thép vách Pier20 các tầng
Bảng số liệu cho thấy các chỉ số P20 của các tầng khác nhau, từ MAI P20 với giá trị -485.75 đến TANG TRET P20 với -10600.8 Các tầng như TANG 15, TANG 14, và TANG 13 lần lượt ghi nhận mức giảm -1868.37, -2466.99 và -3033.89 Trong khi đó, TANG 6 và TANG 5 có sự phục hồi nhẹ với các giá trị 44.2 và 64.86 Đặc biệt, TANG 2 ghi nhận mức tăng 175.62, trong khi TANG TRET P20 giảm -239.3 Các thông số như 3.6, 410, 30, và 82 đều duy trì ổn định qua các tầng.
Bản vẽ bố trí thép dầm (KC 08).
