GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH
Giới thiệu quy mô, tiện ích công trình
Tên công trình: Chung cư Ocean View Manor
Ocean View Manor là một dự án với kiến trúc hiện đại và mật độ xây dựng thấp, mang đến không gian thoáng đãng cùng nhiều tiện ích hiện đại phục vụ nhu cầu thư giãn và giải trí Tại đây, bạn sẽ tìm thấy hồ bơi, khu vui chơi cho trẻ em và công viên cây xanh Ngoài ra, tòa nhà còn được trang bị các tiện nghi cao cấp như khu thể dục đa năng, văn phòng, massage, spa, karaoke, nhà hàng tiệc cưới, siêu thị, câu lạc bộ billiard, quầy bar và khu nhà hàng cafe sân thượng, vũ trường.
Tổ hợp chung cư được xây dựng gồm các hạng mục sau :
+ Gồm 03 thang máy hoạt động 24/24, 02 cầu thang bộ và thoát hiểm
+ Hệ thống chiếu sáng các tầng lầu hoàn chỉnh
+ Trạm hạ thế 300KVA có máy phát điện dự phòng 300KVA
+ Camera quan sát, hệ thống báo trộm hồng ngoại chống đột nhập từ bên ngoài
+ Hệ thống cung cấp nước bơm tự động và bơm áp lực 24/24
+ Hệ thống thu lôi chống sét
+ Tầng hầm để xe có diện tích : 1.477m2
+ Tầng 1 : nhà hàng cao cấp có diện tích 1.646m2
+ Tầng 2 và tầng 3 khu siêu thị do tập đoàn siêu thị CoopMart đầu tư kinh doanh với tổng diện tích 3.834m2
+ Tầng 4 : khu phòng nghỉ hotel và văn phòng Công ty, văn phòng đại diện Ngân hàng TechcomBank và các văn phòng cho thuê với tổng diện tích là 1.873m2
Tầng 5 của tòa nhà cung cấp đa dạng dịch vụ giải trí và chăm sóc sức khỏe, bao gồm karaoke, massage thư giãn, thể dục thẩm mỹ, câu lạc bộ billiard thể thao và phòng game internet, với tổng diện tích rộng rãi.
+ Từ tầng 6 – 21 gồm các căn hộ nhà ở cao cấp 3 sao với đầy đủ tiện nghi và hoàn thiện nội thất
+ Tầng 22 gồm 04 căn hộ VIP
+ Tầng sân thượng gồm khu cà phê sân thượng và quán Bar.
Vị trí địa lý công trình
Dự án tọa lạc tại vị trí đẹp ven bờ biển, gần khu lịch đối diện ủy ban xã
Phước Tỉnh, Long Điền, Bà Rịa Vũng Tàu Chỉ cách trung tâm Tp Vũng Tàu 10 phút đi xe
Chung cư cao cấp Ocean View Manor không chỉ nằm gần những khu nghỉ dưỡng và resort độc đáo ven biển chỉ cách 5 phút lái xe, mà còn rất thuận tiện với các dịch vụ tiện ích như trung tâm y tế, UBND xã, bến cảng, chợ, trường học, ngân hàng, văn phòng giao dịch và các trạm xe bus, taxi.
Hình 1 1 Vị trí công trình
Tải trọng tác động
Tĩnh tải tác dụng lên công trình bao gồm:
Trọng lượng bản thân công trình
Trọng lượng các lớp hoàn thiện, tường, kính, đường ống thiết bị…
Hoạt tải tiêu chuẩn tác dụng lên công trình được xác định theo công năng sử dụng của sàn ở các tầng (Theo TCVN 2737:1995 – Tải trọng và tác động)
Bảng 1 1 Tải trọng tiêu chuẩn phân bố đều trên sàn và cầu thang
1 Phòng ngủ (nhà kiểu căn hộ, nhà trẻ mẫu giáo) 1.5
2 Phòng ăn, phòng khách, WC, phòng tắm, bida (kiểu căn hộ) 1.5
3 Phòng ăn, phòng khách, WC, phòng tắm, bida (kiểu nhà mẫu giáo) 2.0
4 Bếp, phòng giặt (nhà căn hộ) 1.5
5 Bếp, phòng giặt (nhà ở mẫu giáo) 3.0
6 Phòng động cơ (nhà cao tầng) 7.0
7 Nhà hàng (ăn uống, nhà hàng) 3.0
8 Nhà hàng (triển lãm, trưng bày, cửa hàng) 4.0
9 Phòng đợi (không có ghế gắn cố định) 5
Ban công và lô gia cần được xem xét với tải trọng phân bố đều trên toàn bộ diện tích của chúng, đặc biệt khi tác động của chúng có thể gây bất lợi.
13 Sảnh, phòng giải lao, cầu thang, hành lang thông với các phòng 3
14 Ga ra ô tô (đường cho xe chạy, dốc lên xuống dùng cho xe con, xe khách và xe tải nhẹ có tổng khối lượng ≤ 2500 kg) 5
Công trình cao hơn 40 m và chịu động đất cần xem xét tải gió, bao gồm cả thành phần tĩnh và động Áp lực gió tiêu chuẩn được xác định là Wo = 0.83 kN/m².
Giải pháp thiết kế
Dựa trên hồ sơ khảo sát địa chất, thiết kế kiến trúc và tải trọng tác động vào công trình, phương án thiết kế kết cấu đã được lựa chọn.
Hệ khung bê tông cốt thép đổ toàn khối
Phương án thiết kế móng: móng cọc khoan nhồi.
Vật liệu sử dụng
Bê tông cầu thang, dầm, sàn , cột, vách có cấp độ bền B25 với 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: E b = 30000 Mpa
Cốt thộp loại AI (đối với cốt thộp cú ỉ ≤ 10)
Cường độ tính toán chịu nén: R sc = 225 MPa
Cường độ tính toán chịu kéo: Rs = 225 MPa
Cường độ tính toán cốt ngang: R sw = 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: R sc = 365 MPa
Cường độ tính toán chịu kéo: Rs = 365 MPa
Mô đun đàn hồi: Es = 200000 MPa
Tiêu chuẩn và phần mềm ứng dụng trong tính toán
TCVN 2737-1995: Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động
TCVN 5574-2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép
TCVN 198-1997 quy định về thiết kế kết cấu bêtông cốt thép toàn khối cho nhà cao tầng Bên cạnh đó, TCVN 229:1999 cung cấp hướng dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995, được xuất bản bởi NXB Xây Dựng tại Hà Nội năm 1999.
TCVN 9386-2012: Thiết kế công trình chịu động đất
TCVN 10304 - 2014: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 9395 - 2012: Cọc khoan nhồi - Thi công và nghiệm thu- NXB Xây dựng -
TCVN 9396:2012, Cọc khoan nhồi - Phương pháp xung siêu âm xác định tính đồng nhất của bê tông
Chương trình tính toán, do sinh viên Mai Đức Duy tự phát triển
VBA tính toán gió tĩnh và gió động
VBA tính toán động đất
VBA tính toán diện tích cốt thép cho dầm
VBA tính toán diện tích cốt thép cho cột
VBA tính toán diện tích cốt thép cho vách
TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Chọn kích thước sơ bộ tiết diện dầm, sàn
2.1.1 Kích thước sơ bộ sàn :
Kích thước sàn cần đảm bảo khả năng chịu lực và độ võng, đồng thời phải đáp ứng các yêu cầu kinh tế Để chọn kích thước sơ bộ cho tiết diện sàn, cần căn cứ vào chiều dài nhịp tính toán của ô bản và tải trọng tác dụng.
Chọn sơ bộ chiều dày bản sàn theo công thức: s min min h D L h
m Trong đó: hs : chiều dày bản sàn m: hệ số phụ thuộc vào loại bản m = (30 ÷ 35): bản dầm m = (40 ÷ 45): bản kê 4 cạnh m = (10 ÷ 18): bản công xôn
D = (0.8 ÷ 1.4): hệ số phụ thuộc vào tải trọng
L min L , L hmin: chiều dày tối thiểu của bản sàn
2.1.2 Kích thước sơ bộ dầm:
Chọn sơ bộ kích thước dầm chính:
Chọn hdc 600 mm bdc 300 mm
Chọn kích thước sơ bộ cột tầng điển hình: (700x700) mm
Chọn kích thước sơ bộ vách 300 mm
Tải trọng tác dụng lên sàn
Tải trọng thẳng đứng gồm tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) và tải trọng tạm thời (hoạt tải)
Tải trọng thường xuyên bao gồm trọng lượng của các bộ phận công trình, trong khi tải trọng tạm thời có thể xuất hiện hoặc không trong một giai đoạn xây dựng Tĩnh tải và hoạt tải được xác định dựa trên tiêu chuẩn TCVN.
2737:1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
2.2.2 Sàn phòng ở và hành lang:
Cấu tạo ô sàn phòng ở và hành lang như sau:
Bảng 2 1 Tính toán tĩnh tải sàn phòng ở và hành lang
Tổng tải các lớp hoàn thiện 1.58 1.88
2.2.3 Ô sàn nhà vệ sinh và ban công: Ô vệ sinh và ban công phải cấu tạo có độ dốc (10%) để thoát nước nên thấp hơn 50 mm và có thêm lớp chống thấm
Lớp vữa lót tạo dốc : 2 20 kN / m 3 2 0.04 m n 1.2
Bảng 2 2 Tính toán tĩnh tải sàn vệ sinh và ban công
2 Lớp vữa lót tạo dốc 0.04 20 0.8 1.2 0.96
Tổng tải các lớp hoàn thiện 1.82 2.17
Tải trọng tường xây trực tiếp trên sàn ta tính bằng cách quy về tải trọng phân bố đều trên sàn
Tải trọng tường tính toán tác dụng lên sàn phân bố theo chiều dài: tt t t t t n h l b g 90%
Trong đó: n=1.2: hệ số vượt tải h (m) :t chiều cao tường t l m : chiều dài tường
90% : trừ các ô trống cửa 10% b (m) : chiều dày tường
Tường dày 100 mm, xây gạch ống t 180daN / m 2
Tường dày 200 mm, xây gạch ống : t 340 daN / m 2
Bảng 2 3 Tính tải trọng tường tác dụng lên sàn Ô
Tải trọng tường tác dụng lên sàn Sàn (m) (m) (m) (m) (m) (kN/m 3 ) (m 2 ) (kN/m 2 ) S1, S1A 100 0.8 3.4 0.12 3.28 0.1 1.1 18
Vậy tổng tỉnh tải tác dụng lên sàn được tổng hợp theo bảng sau:
Bảng 2 4 Tổng tĩnh tải tác dụng lên sàn Ô sàn
Tải trọng lớp hoàn thiện phân bố lên sàn Tổng tĩnh tải Phòng ở
Phòng vệ sinh/ban công
Tải tường Phòng ở Phòng Vệ sinh (kN/m 2 ) (kN/m 2 ) (kN/m 2 ) (kN/m 2 ) (kN/m 2 )
Hoạt tải tính toán: tt tc p p np
Dựa vào công năng sử dụng và tra theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động
Bảng 2 5 Bảng tính hoạt tải sàn: Ô sàn p tc np p tt kN/m 2 kN/m 2
S7 1.5 1.3 1.95 Ô sàn p tc np p tt kN/m 2 kN/m 2
Nội lực
Để phản ánh đúng ứng xử của sàn ta sử dụng phần mềm SAFE để tính toán
Chia sàn thành nhiều dải theo phương X và phương Y, phân tích lấy nội lực sàn theo dải
Hình 2 1 Chia dải theo phương X
Hình 2 2 Chia dải theo phương Y
Tính thép sàn
Tính toán cấu kiện chịu uốn tiết diện: 1000x120 mm m 2 b 0
Kiểm tra hàm lượng cốt thép: s
Hàm lượng cốt thép hợp lý: b b min max p1 s
Kết quả tính toán thép như bảng sau Ô Kí hiệu
(mm) h (mm) a (mm) h o (mm) αm As(mm²) à(%) ỉchọn ∆As Aschọn mm 2
(mm) h (mm) a (mm) h o (mm) αm As(mm²) à(%) ỉchọn ∆As Aschọn mm 2
(mm) h (mm) a (mm) h o (mm) αm As(mm²) à(%) ỉchọn ∆As Aschọn mm 2
(mm) h (mm) a (mm) h o (mm) αm As(mm²) à(%) ỉchọn ∆As Aschọn mm 2
Kiểm tra sàn
2.5.1 Kiểm tra độ võng của sàn
Hình 2 5 Độ võng của sàn Theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012, độ võng cho phép
Vậy hệ sàn thỏa độ võng cho phép
TÍNH CẦU THANG BỘ TẦNG ĐIỂN HÌNH
Kích thước sơ bộ
Cầu thang tầng điển hình từ tầng 6 lên tầng 22 là cầu thang dạng bản 3 vế
Hình 3 1 Mặt bằng cầu thang điển hình 3.1.1 Cấu tạo cầu thang:
Vế thang 1 và 3 có 7 bậc thang, vế thang 2 có 4 bậc thang, mỗi bậc có kích thước như sau:
Sử dụng kết cấu cầu thang dạng bản chịu lực để tính toán thiết kế
Chọn bề dày bản thang hb = 120 mm
Góc nghiêng của bản thang b b h 162 tan 0.6 31 l 270
Chọn kích thước dầm thang: 200x400
Tải trọng
Cách xác định tải trọng: ta cắt bản thang thành dãy có bề rộng 1m để tính
Tĩnh tải: gồm trọng lượng bản thân và các lớp cấu tao: n i tdi i i 1 g n
Chiều dày tương đương của bậc thang được xác định theo công thức sau: b td h cos
Chiều dày tương đương của lớp vữa lót, gạch lát, vữa trát:
trọng lượng của lớp thứ i tdi:
chiều dày tương đương của lớp thứ i theo phương bản nghiêng n : hệ số độ tin cậy lớp thứ i i h : Chiều cao bậc thang b
: Góc nghiêng bản thang: l : Chiều dài bậc thang b h : Chiều cao bậc thang b i:
Chiều dày của lớp thứ i
Bảng 3 1 Tính tĩnh tải bản thang bộ tầng điển hình:
Vật liệu Chiều dày thực tế (m)
Tỉnh tải tiêu chuẩn (daN/m2)
Tỉnh tải tính toán (daN/m2)
Lớp bậc thang xây bằng gạch 0.16 0.069 1800 124.2 1.1 136.62
Tổng tĩnh tải các lớp hoàn thiện 324.48
Trọng lượng lan can, tay vịn bằng sắt, gỗ:
Hoạt tải tính toán tra bảng tiêu chuẩn TCVN 2737-1995- :
Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ:
Bảng 3 2 Tính tĩnh tải bảng chiếu nghỉ
Vật liệu Chiều dày thực tế (m)
Tỉnh tải tiêu chuẩn (daN/m2)
Tỉnh tải tính toán (daN/m2)
Vật liệu Chiều dày thực tế (m)
Tỉnh tải tiêu chuẩn (daN/m2)
Tỉnh tải tính toán (daN/m2)
Tổng tĩnh tải các lớp hoàn thiện 147.6
Tĩnh tải trên 1 m bản: g tt 5.60 kN / m 2
Hoạt tải cầu thang p tt p c n c 3 1.2 3.6 kN / m 2
Nguyên lý tính toán
3.3.1 Sơ đồ tính và nội lực
Trong kết cấu bê tông toàn khối, không tồn tại liên kết ngàm tuyệt đối hay khớp tuyệt đối Liên kết giữa bản thang và dầm chiếu nghỉ được coi là liên kết bán trung gian, phụ thuộc vào độ cứng tương quan giữa hai thành phần này.
Nếu liên kết giữa bản thang và dầm chiếu nghỉ được coi là ngàm, sẽ dẫn đến tình trạng thiếu thép bụng và dư thép gối, gây ra sự phá hoại kết cấu do thiếu thép tại bụng bản thang.
Nếu liên kết giữa bản thang và dầm chiếu nghỉ được coi là khớp, sẽ dẫn đến tình trạng thiếu thép gối và thừa thép bụng Hệ quả là kết cấu không bị phá hoại nhưng sẽ xuất hiện nứt tại gối do thiếu thép gối, và dần dần chuyển về sơ đồ khớp.
Trong kết cấu nhà nhiều tầng, cột và dầm được thi công theo từng tầng, trong khi bản thang là kết cấu độc lập và được thi công sau cùng Điều này dẫn đến khó khăn trong việc đảm bảo độ ngàm cứng giữa bản thang và dầm thang.
Dựa trên các phân tích, việc tính toán cần tập trung vào an toàn và khả năng sử dụng của công trình dưới tải trọng bất lợi, đồng thời duy trì tính thẩm mỹ của cầu thang Sinh viên đã chọn sơ đồ 2 đầu khớp cho tính toán, đồng thời bố trí thép cấu tạo trên gối nhằm chống nứt cho cầu thang, tham khảo từ sách kết cấu bê tông cốt thép.
3) của Thầy Võ Bá Tầm lấy giá trị moment 0.4×Mmax đế tính thép cấu tạo trên gối
Nội lực trong bản thang được xác định bằng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm ETABS 9.7.2 Cắt dải bản có bề rộng 1m để tính
Hình 3 2 Mô hình vế thang trong ETABS
Hình 3 3 Tĩnh tải các lớp hoàn thiện tác dụng lên ve61 thang 1 và 2
Hình 3 4 Hoạt tải tác dụng lên vế thang 1 và 2
Hình 3 5 Moment của vế thang 1 và 2
Tính toán cốt thép cho vế thang 1 (vế thang 2 tương tự vế thang 1)
Chọn a = 20 mm suy ra ho = h – a = 120 – 20 = 100mm
Kết quả tính toán được tóm tắt ở bảng sau:
Bảng 3 3 Kết quả tính thép bản thang
Nhịp BC 32.44 1000 20 100 0.22 0.25 1001.1 1 ỉ12a100 1131 11.49 Nhịp AB,CD 26.9 1000 20 100 0.186 0.21 826.3 0.83 ỉ10a200 1131 26.94 Gối B 12.976 1000 20 100 0.089 0.09 369.5 0.37 ỉ10a200 393 5.98 Gối A,D 10.76 1000 20 100 0.074 0.08 305.9 0.31 ỉ10a200 393 22.16 3.3.3 Tính toán vế thang 3
Bản vế thang 3 là ô bản có kích thước trên mặt bằng là:
(B1, L1) = (Ly, Lx) = ( 1080, 1300) (mm) Ô bản này tựa lên ba cạnh là: dầm gãy, chiếu nghỉ 1 và chiếu nghỉ 2 d1 s h 400
Liên kết giữa bản thang và dầm chiếu nghỉ được coi là liên kết ngàm, trong khi hai cạnh liên kết với hai chiếu nghỉ được xem là liên kết khớp cạnh, với cạnh còn lại giữ trạng thái tự do.
Bản làm việc 2 phương (bản kê ba cạnh, ô bản liên kết ngàm theo cạnh B1 và cạnh L1, chịu tải trọng (tính cho 1m) p=q cosα.1=(6.24+0.25+3.6)×cos(31 )×1=8.6(kN/m) 2
Hình 3 6 Sơ đồ tính bản thang 3
Mô men M x, M y, M, M x y của bản thang 3 được tra theo sơ đồ 2 trong phụ lục 13 của sách "Kết cấu bê tông cốt thép" (tập 3) của thầy Võ Bá Tầm Kết quả tính toán được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng.1 – Cốt thép bản thang vế 3
Vi trí M (kNm/m) αm ξ As (cm2) Chọn thép Asc (cm2)
3.3.4 Thiết kế dầm gãy và chiếu nghỉ D1
+ Đoạn dầm nằm ngang: gd1=0.2×0.28×25×1.1=1.54 (kN/m)
+ Đoạn dầm nằm nghiêng: gd2=0.2×0.28×25×1.1=1.54 (kN/m)
- Tải tường gt1=0.2×1.856×1.1×18=7.35 (kN/m) gt2=0.2×1.14×1.1×18=4.51 (kN/m) t3
Vế 1 và vế 2: RD= 24.8 (kN/m)
→ Tổng tải tác dụng lên dầm D1 là:
Sơ đồ tính: Dầm thang D1 là dầm gãy khúc, sơ đồ tính dầm đơn giản, nhịp tính toán L = 4.0 m
Hình 3 7 Tải trọng dầm chiếu nghỉ D1
Tính toán cốt thép cho dầm chiếu nghỉ D1
Diện tích cốt thép yêu cầu :
R Kiểm tra hàm lượng cốt thép :
BT S 0 μ%=A 100% b.h Bảng 3 4 Bảng tính toán cốt thép cho dầm chiếu nghỉ D1
Vị trớ M α ξ As Chọn Asbt à kNm - - cm2 cm2 %
Thiết kế cốt thép đai cho dầm chiếu nghỉ D1
Lực cắt lớn nhất: Qmax = 63.98 (kN)
Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông:
Bê tông không đủ khả năng chịu cắt
Cần tớnh cốt đai, chọn thộp đai 2 nhỏnh ỉ6a200 (Asw(.27 mm 2 ) cú:
Khả năng chịu cắt của cốt đai và bê tông trên tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất:
Qmax = 63.98 (kN) < Qbsw = 105.79 (kN), nên không cần tính cốt xiên chịu cắt
Kiểm tra điều kiện đảm bảo bê tông không bị phá hoại theo ứng suất nén chính: s sw w1 b n×E ×A 2×210000×28.27 φ =1+5× =1+5× =1.05
Qmax = 63.98 (kN) < Qbt = 285.08 (kN), cốt đai bố trí đủ khả năng chịu cắt
Bố trớ cốt đai 2 nhỏnh ỉ6a200 dọc suốt chiều dài dầm D1, tại cỏc vị trớ góy khỳc của dầm D1 cần cú cốt đai gia cường ỉ6a50.
TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG VÀO KHUNG
Nguyên lý tính toán
Khi thiết kế kết cấu nhà cao tầng có 2 đặc trưng cơ bản của tải trọng là tải tính toán và tải tiêu chuẩn
Tải trọng tính toán được xác định bằng cách nhân tải trọng tiêu chuẩn với hệ số vượt tải, hệ số này phản ánh khả năng sai lệch bất lợi có thể xảy ra Hệ số vượt tải phụ thuộc vào trạng thái giới hạn được xem xét trong quá trình tính toán.
Hệ số vượt tải n được xác định như sau:
Khi tính toán cường độ và ổn định, hệ số vượt tải tính theo các điều 3.2, 4.2.2, 4.3.3, 4.4.2, 5.8,6.3,6.17 TCVN 2737-1995 “ Tải trọng và tác động”
Khi tính độ bền, mỏi lấy bằng 1
Khi tính toán theo biến dạng và chuyển vị lấy bằng 1
Tải trọng gió
Công trình cao 81.2 (m) > 40 (m) nên tải gió gồm thành phần tĩnh và thành phần 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:
W : là giá trị của áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng phụ lục D và điều 6.4 o
TCVN 2737:1995 quy định rằng công trình xây dựng tại huyện Long Điền, Bà Rịa Vũng Tàu 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.
: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao
C 400 0.14 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
= 1.2: hệ số độ tin cậy của tải trọng gió
Tải trọng gió tĩnh được quy về thành lực tập trung tại các cao trình sàn, với lực này được đặt tại tâm cứng của mỗi tầng Lực gió tiêu chuẩn theo phương X là Wtcx và theo phương Y là Wtcy, được xác định bằng cách nhân áp lực gió với diện tích đón gió Diện tích đón gió của từng tầng được tính toán dựa trên các thông số cụ thể.
h j , h j-1 , B lần lượt là chiều cao tầng của tầng thứ j, j-1, và bề rộng đón gió
Kết quả tính toán như sau:
Bảng 4 1 Kết quả tính gió tĩnh
Kích thước nhà Cao độ Zj
Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió
STORY24 3.4 404.39 36 36 81.2 1.573 1.044 0.783 134.24 134.24STORY23 3.4 242.24 36 36 77.8 1.563 1.038 0.779 266.83 266.83STORY22 3.4 242.24 36 36 74.4 1.553 1.031 0.773 265.09 265.09STORY21 3.4 242.24 36 36 71 1.543 1.025 0.768 263.35 263.35STORY20 3.4 242.24 36 36 67.6 1.533 1.018 0.763 261.61 261.61STORY19 3.4 242.24 36 36 64.2 1.523 1.011 0.758 259.87 259.87STORY18 3.4 242.24 36 36 60.8 1.512 1.004 0.753 258.13 258.13STORY17 3.4 242.24 36 36 57.4 1.500 0.996 0.747 255.94 255.94STORY16 3.4 242.24 36 36 54 1.486 0.987 0.740 253.62 253.62STORY15 3.4 242.24 36 36 50.6 1.472 0.978 0.733 251.30 251.30STORY14 3.4 242.24 36 36 47.2 1.459 0.969 0.726 248.98 248.98STORY13 3.4 242.24 36 36 43.8 1.445 0.960 0.720 246.66 246.66STORY12 3.4 242.24 36 36 40.4 1.432 0.951 0.713 244.34 244.34STORY11 3.4 242.24 36 36 37 1.412 0.938 0.703 240.99 240.99
Kích thước nhà Cao độ Zj
Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió
STORY10 3.4 242.24 36 36 33.6 1.392 0.924 0.693 237.51 237.51 STORY9 3.4 242.24 36 36 30.2 1.371 0.910 0.683 234.03 234.03 STORY8 3.4 242.24 36 36 26.8 1.344 0.893 0.670 229.45 229.45 STORY7 3.4 242.24 36 36 23.4 1.317 0.875 0.656 244.65 244.65 STORY6 4 512.72 36 36 20 1.290 0.857 0.642 259.02 259.02 STORY5 4 1614.82 36 36 16 1.250 0.830 0.623 250.99 250.99 STORY4 4 1604.08 36 36 12 1.204 0.799 0.600 241.76 241.76 STORY3 4 1713.35 36 36 8 1.136 0.754 0.566 228.10 228.10 STORY2 4 1711.94 36 36 4 1.035 0.687 0.515 103.91 103.91 4.3.2 Thành phần gió động:
Thành phần động của gió được tính toán theo TCVN 229-1999
Các bước xác định thành phần gió động như sau:
Bước 1: Thiết lập sơ đồ tính động lực
Bước 2: Xác định tần số và dạng dao động theo phương X và phương Y
Bước 3: Tính toán thành phần động theo phương X và phương Y
Thiết lập sơ đồ tính động lực:
Theo tiêu chuẩn, sơ đồ tính toán động lực là hệ thanh công xôn với một số điểm tập trung khối lượng hữu hạn, và điều này phụ thuộc vào phụ lục A của tiêu chuẩn.
Hình 4 1 Sơ đồ tính toán động lực tải trọng gió tác dụng lên công trình
Xác định tần số dao động và dạng dao động riêng qua phương pháp giải tích rất phức tạp, đặc biệt khi độ cứng của công trình thay đổi theo chiều cao Do đó, trong đồ án này, sinh viên sử dụng phần mềm Etabs để phân tích bài toán động.
Việc mô hình khung không gian trong etabs như sau:
Cột và dầm được mô hình bằng phần tử Frame
Vách và sàn được mô hình bằng phần tử Shell
Trọng lượng bản thân của kết cấu do Etabs tự tính toán
Trọng lượng các lớp cấu tạo sàn được phân đều trên sàn
Trọng lượng bản thân tường được gán thành từng dãy trên sàn
Hoạt tải được gán phân bố đều trên sàn, sử dụng hệ số chiết giảm khối lượng là 0.5
Kết quả phân tích như sau:
Bảng 4 2 Giá trị tần số dao động
Bảng 4 3 Tỉ lệ phần trăm khối lượng công trình tham gia vào các dạng dao động riêng theo từng phương
Mode Period UX UY UZ SumUX SumUY
Mode Period UX UY UZ SumUX SumUY
Theo TCXD 229:1999, việc tính toán thành phần động của tải trọng gió chỉ cần dựa trên dạng dao động đầu tiên, với tần số dao động riêng cơ bản thỏa mãn bất đẳng thức: s L s 1 f < f < f + Trong đó, fL được tra cứu trong bảng 2 của TCXD 229:1999, và đối với kết cấu bê tông cốt thép, giá trị δ được áp dụng.
= 0.3, ta được fL = 1.3 Hz Cột và vách được ngàm với móng
Gió động của công trình được tính theo 2 phương X và Y, mỗi dạng dao động chỉ xét theo phương có chuyển vị lớn hơn
Như vậy: f 4 1.11 f L 1.3 f 5 1.302 nên ta chỉ cần xác định thành phần gió động ở 4 mode đầu tiên, trong đó mode 1, 4 dao động theo phương X, mode 2,3 dao động theo phương Y
4.3.3 Quy trình tính thành phần động của gió như sau:
4.3.4 Kết quả tính gió động:
Bảng 4 4 Kết quả tính gió động theo phương X
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió
Hệ số áp lực động ξj
Hệ số tổng quan không gian ν
Các thành phần động theo phương X
Wpji=MjξiΨixji Theo phương X
WPX (kN) f1x= 0.356 f2x= 1.552 ε1 ξ1 Ψ1 x1 Wpj 1 ε2 ξ2 Ψ2 x2 Wpj 2 Dạng
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió
Hệ số áp lực động ξ j
Hệ số tổng quan không gian ν
Các thành phần động theo phương X
Wpji=MjξiΨixji Theo phương X
W PX (kN) f1x= 0.356 f2x= 1.552 ε1 ξ1 Ψ1 x1 Wpj 1 ε2 ξ2 Ψ2 x2 Wpj 2 Dạng
Bảng 4 5 Kết quả tính gió động theo phương Y
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió
Hệ số áp lực động ξj
Hệ số tổng quan không gian ν
Các thành phần động theo phương Y
WPY (kN) f1y= 0.299 f2y= 1.074 ε 1 ξ 1 Ψ 1 y 1 W pj 1 ε 2 ξ 2 Ψ 2 y 2 W pj 2 Dạng
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió
Hệ số áp lực động ξj
Hệ số tổng quan không gian ν
Các thành phần động theo phương Y
WPY (kN) f1y= 0.299 f2y= 1.074 ε1 ξ1 Ψ1 y1 Wpj 1 ε2 ξ2 Ψ2 y2 Wpj 2 Dạng
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió
Hệ số áp lực động ξj
Hệ số tổng quan không gian ν
Các thành phần động theo phương Y
WPY (kN) f1y= 0.299 f2y= 1.074 ε1 ξ1 Ψ1 y1 Wpj 1 ε2 ξ2 Ψ2 y2 Wpj 2 Dạng
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió
Hệ số áp lực động ξj
Hệ số tổng quan không gian ν
Các thành phần động theo phương Y
WPY (kN) f1y= 0.299 f2y= 1.074 ε1 ξ1 Ψ1 y1 Wpj 1 ε2 ξ2 Ψ2 y2 Wpj 2 Dạng
Tải trọng động đất
Tải trọng động đất được tính dựa theo TCVN 9386-2012
Quy trình tính tải trọng động đất:
Xác định khối lượng tham gia dao động
Xác định chu kì dao động T 1 Đánh giá tính đều đặn công trình
Từ đó lựa chọn phương án tính toán
Theo TCVN 9386-2012 có 2 phương pháp tính toán tải trọng động đất
Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương được áp dụng cho các công trình khi thỏa mãn hai điều kiện Điều kiện đầu tiên yêu cầu chu kỳ dao động T1 theo hai hướng chính phải nhỏ hơn các giá trị quy định.
Điều kiện 2: Thỏa mãn các tiêu chí về tính đều đặn theo mặt đứng ( mục
-Phương pháp phân tích phổ dao động Áp dụng được đối với tất cả các loại công trình ( Theo 4.3.3.3.1 TCVN
4.4.1 Xác định khối lượng tham gia dao động:
Tổ hợp tính tải trọng động đất là:
0.3: đối với nhà ở gia đình 2,i tra bảng mục 4.2.4 TCVN 9386-2012
0.8: sự tham gia hạn chế của khối lượng và chuyển động của kết cấu do mối liên kết không cứng, các tầng được sử dụng đồng thời tra bảng 4.2 TCVN 9386-
4.4.2 Xác định chu kỳ dao động:
Dùng phần mền Etab để xác định chu kì dao động
Chu kỳ dao động đầu tiên T1=3.34s
4.4.3 Quy trình xác định phổ thiết kế theo phương ngang:
Căn cứ vào hồ sơ địa chất nơi xây dựng ( bảng 3.1- điều 3.1.2 của TCVN
Hồ sơ địa chất có chỉ số NSPT từ 15 đến 50 nên đất nền thuộc loại C
Loại đất nền S TB (s) TC (s) TD (s)
4.4.5 Xác định tỉ số agR/g
Công trình xây dựng ở huyện Long Điền, Bà Rịa Vũng tàu
Căn cứ phụ lục H TCVN 9386:2012 a gR /g=0.0295
4.4.6 Xác định hệ số tầm quan trọng, cấp công trình
Căn cứ số tầng 25 tầng:
4.4.7 Xác định hệ số ứng xử của kết cấu:
Hệ số ứng xử q của kết cấu BTCT
Hệ số ứng xử q đánh giá khả năng phân tán năng lượng của kết cấu, phản ánh tỷ lệ giữa lực động đất mà kết cấu phải chịu khi có phản ứng hoàn toàn đàn hồi với độ cản nhớt 5% và lực động đất áp dụng trong thiết kế theo mô hình phân tích đàn hồi thông thường, đồng thời đảm bảo rằng kết cấu vẫn đáp ứng các yêu cầu đặt ra.
Hệ hỗn hợp khung – vách BTCT thì q = 3.9 cho nhà nhiều tầng, khung nhiều nhịp hoặc kết cấu hỗn hợp tương đương khung
4.4.8 Xác định giá trị phổ Ứng với độ cản 5% và cận ứng 0.2
Theo điều 3.2.2.5 của TCVN 9386:2012 Phổ thiết kế Sd(T) được xác định như sau:
Hình 4 2 Phổ thiết kế theo phương ngang
Hình 4 3 Phổ thiết kế theo phương đứng
Tổ hợp tải trọng tính toán theo trạng thái giới hạn 1
Việc tổ hợp tải trọng căn cứ theo TCVN 2737:1995
Bảng 4 7 Các trường hợp tải trọng
WX Win Gió theo phương X
WY Win Gió theo phương Y
QX Response Spectrum Động đất theo phương X
QY Response Spectrum Động đất theo phương Y
Bảng 4 8 Tổ hợp nội lực
Tổ Hợp DEAD S DEAD LIVE WX WY QX QY
Tổ Hợp DEAD S DEAD LIVE WX WY QX QY
Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình
Sử dụng tổ hợp sau để kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình:
Tổ Hợp DEAD S DEAD LIVE WX WY QX QY
Hình 4 4 Chuyển vị của công trình Combo SSL Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh nhà: fmax = 0.097 (m)
Chiều cao nhà tại tầng thượng: H = 81.2 (m)
Theo TCVN 198:1997, kết cấu khung vách: fmax = 0.097 (m) < [f] = H/750
= 0.108 (m) nên công trình thỏa điều kiện chuyển vị đỉnh.
TÍNH TOÁN KHUNG TRỤC 4 VÀ TRỤC C
Tính dầm
Cốt thép trong dầm được thiết kế dựa trên các cấu kiện chịu uốn Để đơn giản hóa quá trình, chúng ta sẽ phát triển một chương trình tính toán cốt thép cho dầm, sử dụng số liệu được xuất ra từ phần mềm ETABS.
Dữ liệu xuất ra từ ETABS bao gồm biểu đồ Moment cho tất cả các tổ hợp Tính toán được thực hiện tại ba tiết diện nguy hiểm theo biểu đồ bao nội lực.
Gỉa thuyết a = h / 10 ho = h – a Áp dụng công thức tính toán: b o m 2 m s b o s
Hàm lượng cốt thép tính toán ra được và hàm lượng bố trí phải thỏa điều kiện sau: min max
à min : tỷ lệ cốt thộp tối thiểu, thường lấy: à min = 0.05% àmax: tỷ lệ cốt thộp tối đa, thường lấy: b max R R s s sc,u
Nếu x R h o thì ta tăng A’ s rồi tính lại x
Hàm lượng cốt thép tính toán ra được và hàm lượng bố trí thì phải thỏa điều kiện sau: min max
àmin: tỷ lệ cốt thộp tối thiểu, thường lấy: àmin = 0.05% àmax: tỷ lệ cốt thộp tối đa, thường lấy: b max R R s s sc,u
Chương trình tính toán cốt thép dầm
Hình 5 1 Chương trình tính toán cốt thép dầm 5.1.4 Tính toán cốt thép đai chịu cắt cho dầm
Tiến hành tổ hợp lực cắt nguy hiểm nhất trong dầm Điều kiện tính toán
Trong đó:b3 = 0.6: đối với bê tông nặng
f = 0: hệ số xét đến ảnh hưởng của cánh chịu nén
n = 0: hệ số xét đến ảnh hưởng lực dọc
Khoảng cách giữa các cốt đai theo tính toán trên tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất:
2 bt o sw sw tt 2 max
Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai tính theo bê tông chịu cắt:
Khoảng cách giữa các cốt đai theo cấu tạo: sct = min (h/3, 500)
Khoảng cách thiết kế của cốt đai là:s min(s ,s tt max ,s ) ct Đoa ̣n L/2 giữa dầm bố trı́ đai theo yêu cầu cấu ta ̣o ct
150mm, h / 2 khi h 450mm s 500mm , h / 3 khi h 450mm
5.1.5 Cấu tạo kháng chấn cho dầm
Theo TCVN 9386:2012, đối với động đất mạnh có giá trị gia tốc nền thiết kế a g ≥ 0.08g, cần phải tính toán và cấu tạo kháng chấn Đối với động đất yếu trong khoảng 0.04g ≤ a g < 0.08g, chỉ cần áp dụng các giải pháp kháng chấn đã được giảm Còn với động đất rất yếu khi a g < 0.04g, không cần thiết kế kháng chấn.
Cấu tạo kháng chấn cho dầm
Các vùng của dầm kháng chấn chính được xác định có chiều dài lên tới l cr = h w, trong đó h là chiều cao của dầm Chiều dài này tính từ tiết diện ngang đầu mút dầm liên kết vào nút dầm - cột và từ cả hai phía của bất kỳ tiết diện ngang nào có khả năng chảy dẻo trong thiết kế chịu động đất, được coi là vùng giới hạn.
Trong các dầm kháng chấn chính, vùng trong phạm vi 2h ở mỗi phía của các cấu kiện thẳng đứng không liên tục (bị cắt/ngắt) cần được xem như là vùng tới hạn để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho cấu trúc.
Trong vùng nén, cần bổ sung ít nhất một nửa lượng cốt thép so với vùng kéo, cùng với số lượng cốt thép nén cần thiết để kiểm tra trạng thái cực hạn của dầm trong thiết kế chịu động đất.
Trong các vùng tới hạn của dầm kháng chấn chính, cốt đai phải được bố trí đảm bảo đường kính d của các thanh cốt đai không nhỏ hơn 6 mm Khoảng cách s giữa các vòng cốt đai cũng cần tuân thủ giới hạn tối đa để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả cho kết cấu.
Trong đó: d là đường kính thanh cốt thép dọc nhỏ nhất (tính bằng mm) bL h là chiều cao tiết diện của dầm (tính bằng mm) w
Ngoài ra, cốt đai trong dầm phải là đai kín, được uốn móc 45 và với chiều 0 dài móc là 10d bw
Hình 5 2 Cốt thép ngang trong vùng tới hạn của dầm 5.1.6 Tính toán đoạn neo, nối cốt thép
5.1.7 Cơ sở lý thuyết Đoạn neo cốt thép lan s an an an an b l R d d
Đồng thời đoạn neo cũng không được nhỏ hơn giá trị l an tối thiểu
an , an , an , l an tối thiểu tra bảng 36 TCVN 5574-2012 d: đường kính cốt thép; R s : cường độ tính toán của cốt thép
R b : cường độ tính toán của bê tông Đoạn nối cốt thép
Chiều dài đoạn 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: an s an an b an
5.1.9 Kết quả tính thép dầm tầng điển hình (Xem Phụ Lục)
Tính cột
5.2.1 Lý thuyết tính toán cốt thép dọc
Lý thuyết tính toán cốt dọc cho cột chịu nén lệch tâm xiên
Khái niệm nén lệch tâm xiên
Hình 5 3 Nội lực nén lệch tâm xiên
Có thể phân momen uốn M thành hai thành phần tác dụng trong hai mặt phẳng chứa trục Ox và Oy là Mx và My (Xem hình vẽ)
Trường hợp khi tính toán nội lực đã xác định và tổ hợp riêng Mx và My theo hai phương thì momen tổng M là: M M 2 x M 2 y
Góc hợp bởi véctơ của mômen tổng M và trục Ox (góc ) được xác định bởi: y o x tg M
Cột chịu nén lệch tâm xiên thường gặp trong các khung khi xét sự làm việc của cột đồng thời chịu uốn theo hai phương
Khi thiết kế tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm xiên, cốt thép thường được đặt theo chu vi và đối xứng qua hai trục Nếu trường hợp Mx gần bằng My, việc sử dụng cột vuông sẽ là lựa chọn hợp lý.
Nội lực tính toán cột lệch tâm xiên
Nội lực để tính toán nén lệch tâm xiên được lấy từ kết quả tổ hợp tải trọng Có độ lệch tâm: e1x = M x
Trong mỗi bộ ba nội lực, cần xem xét độ lệch tâm ngẫu nhiên ea theo từng phương và ảnh hưởng của nó đến uốn dọc Hệ số uốn dọc cũng cần được xác định cho từng phương để đánh giá chính xác.
i được tính theo công thức sau: t i hi
Với vật liệu đàn hồi, N th =
Với bê tông cốt thép , N th tính theo công thức thực nghiệm
Sơ đồ nội lực được tính toán và thể hiện dưới dạng lực N tại điểm D với tọa độ x e ox và y e oy Điểm E có thể nằm bên trong hoặc bên ngoài tiết diện, tùy thuộc vào chiều tác dụng của M x và M y.
Sau khi xét độ lệch tâm ngẫu nhiên và uốn dọc thì mômen tác dụng theo 2 phương được tăng lên thành M và * x M : * y
Hình 5 4 Sơ đồ nội lực với độ lệch tâm Phương pháp gần đúng tính toán cốt thép cột lệch tâm xiên
TCVN hiện chưa có quy định cụ thể về cách tính cột chịu nén lệch tâm xiên, vì vậy phương pháp tính toán được dựa trên hướng dẫn của GS Nguyễn Đình Cống Phương pháp này gần đúng bằng cách chuyển đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương để xác định cốt thép Tác giả đã dựa vào hai tiêu chuẩn BS8110 và ACI318 để xây dựng các công thức và điều kiện phù hợp với TCVN 356-2005.
Xét tiết diện có cạnh Cx, Cy Điều kiện để áp dụng phương pháp gần đúng là
C cốt thép được đặt theo chu vi
Tiết diện chịu lực nén N và moment uốn Mx, My, cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay, sẽ được xem xét để tính toán hệ số uốn dọc x và y Sau khi phân tích, moment đã gia tăng Mx1 sẽ được xác định.
Dựa vào mối quan hệ giữa giá trị Mx1, My1 và các kích thước, cần xác định mô hình tính toán phù hợp theo phương x hoặc phương y, theo các điều kiện được quy định trong bảng dưới đây.
Mô hình Theo phương x Theo phương y Điều kiện x1 y1
M 1 = M x1 ; M 2 = M x2 ea = eax + 0.2eay h = Cy; b = Cx
Giả thuyết chiều dày lớp bê tông bảo vệ a, tính ho = h – a; z = h – 2a
Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng: 1 b x N
Hệ số chuyển đổi mo
Tính moment tương đương (đổi sang nén lệch tâm phẳng):
M = M1 +moM2h/b Độ lệch tâm e 1 = M/N với kết cấu siêu tĩnh e o = max (e 1 , e a )
Tính toán độ mảnh theo hai phương x Lox y Loy x y
Dựa vào độ lệch tâm eo và x1 đề phân biệt các trường hợp tính toán:
Trường hợp 1: Nén lệch tâm rất bé khi o o e 0.3
h tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng đến độ lệch tâm e 1
Hệ số uốn dọc phụ khi xét nén đúng tâm: e
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc là: e b e st b
Trường hợp 2: Nén lệch tâm bé khi o 1 R o o e 0.3& x h
h tính toán theo trường hợp nén lệch tâm bé
Tính lại chiều cao vùng nén x theo công thức sau: với 0 0 e
h Diện tích toàn bộ cốt thép dọc là: st Ne R bx(h b 0 x / 2)
Trường hợp 3: Nén lệch tâm lớn khi o 1 R o o e 0.3& x h
h tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc là: st N(e 0.5x 1 h ) 0
Chương trình tính toán cấu kiện nén lệch tâm xiên được phát triển bằng VBA trong Excel, mang đến sự đơn giản và tiện lợi cho người sử dụng.
Sau khi tính toán được giá trị A , tính hàm lượng cốt thép st st x y
C C so sánh giá trị tính được với hàm lượng cốt thép hợp lý
Việc tính toán nội lực được thực hiện bằng phần mềm Etabs, sau đó sử dụng chương trình tính toán cho cột nén lệch tâm xiên để xác định thép và kiểm tra khả năng chịu lực của cột.
Chương trình tính toán cốt thép cột
Trong các nút khung phải dùng đai kín cho cả dầm và cột Theo TCXD
Theo tiêu chuẩn 198:1997, đường kính của cốt đai không được nhỏ hơn 1/4 đường kính của cốt dọc và phải có kích thước tối thiểu là 8 mm Cốt đai cần được bố trí liên tục qua các nút khung với mật độ tương tự như trong vùng nút khung.
5.2.3 Chọn cốt đai trong cột thỏa ỉ 8 max 32
Trong vùng nút khung, từ điểm cách mép trên đến điểm cách mép dưới của dầm, cần bố trí cốt đai dày hơn với khoảng cách không vượt quá 6 lần đường kính cốt thép dọc và không lớn hơn 100 mm Điều kiện này áp dụng khi Ln (Ln ≥ chiều cao tiết diện cột, ≥ 1/6 chiều cao thông thủy của tầng, và ≥ 450 mm).
Bố trí cốt đai cho cột thỏa
Uđai Utt; Uđai Umax; Uđai Ucấutạo; Ucấutạo 20ỉdọc
Trong khoảng cỏch nối cột là 30ỉ, bước đai trong đoạn nối Ucấutạo như sau:
Uctạo b cạnh ngắn của cột = 30 cm
→ Vậy bố trớ ỉ8a200 toàn bộ cột
5.2.4 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 l cr (tính bằng m) có thể được tính toán từ biểu thức sau đây:
Trong đó: 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 l cl / h c > 3, 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, 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 cần được thiết kế để tăng khả năng chịu lực của tiết diện ngang, nhờ vào ứng suất 3 chiều do các vòng đai tạo ra Các điều kiện tối thiểu này được coi là thỏa mãn khi đáp ứng đủ các yêu cầu đã đề ra.
Khoảng cách s giữa các vòng đai (tính bằng mm) không được vượt quá:
Bo là kích thước tối thiểu của lõi bê tông, được tính từ đường trục của cốt thép đai (mm), trong khi 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 5 5 Sự bó lõi của bê tông Đoạn neo và nối cốt thép cột tính tương tự như cấu kiện dầm đã nêu ở mục 5.9.2.4
Hình 5 6 Bảng tính thép cột 5.2.5 Kết quả tính toán cốt thép cột ( xem phụ lục)
5.2.6 Lý thuyết kiểm tra lại khả năng chịu lực cho cột theo biểu đồ tương tác
Phần mềm tính toán: Ta dùng phần mềm VBA tương thích với phần mềm
Etabs để kiểm tra khả năng chịu lực cho cột
Kiểm tra lại việc tính toán cốt thép dọc theo phương pháp gần đúng như hướng dẫn trong sách “Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép” của GS Nguyễn Đình Cống bằng phương pháp biểu đồ tương tác của cốt thép là cần thiết để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong thiết kế kết cấu.
Tiết diện có cốt thép đặt theo chu vi là khi cốt thép chịu lực được phân bố đều trên cả cạnh b và cạnh h, thường được đặt đối xứng theo hai trục Hai trục thanh cốt thép được gọi là s1 và s2, tương ứng với cạnh b và cạnh h Khi sử dụng các thanh cốt thép có cùng đường kính ϕ và s1=s2, có thể đạt được việc đặt cốt thép đều theo chu vi.
Trong tiết diện hình vuông hoặc chữ nhật, cốt thép thường được đặt đều, với b1 và h1 là bội số của khoảng cách s Khi cốt thép được đặt không đều, cần tạo mật độ cốt thép theo cạnh b lớn hơn cạnh h, có thể thực hiện bằng cách sử dụng s1 nhỏ hơn s2 hoặc chọn đường kính cốt thép lớn hơn theo cạnh b.
5.2.8 Sơ đồ cốt thép và sơ đồ ứng suất
Tính toán - thiết kế vách
5.3.1 Phương pháp vùng biên chịu Moment
Thông thường, các vách cứng dạng công xôn phải chịu tổ hợp nội lực sau:
N, Mx, My, Qx, Qy Do vách cứng được bố trí trên mặt bằng để chịu tải trọng ngang tác động song song với mặt phẳng của nó (chủ yếu) nên bỏ qua khả năng chịu mô ment ngoài mặt phẳng M x và lực cắt theo phương vuông góc với mặt phẳng Q y , chỉ xét tổ hợp nội lực gồm: N, My, Qx
Phương pháp này cho rằng cốt thép ở hai đầu vách được thiết kế để chịu toàn bộ Moment, trong khi lực dọc trục được giả định phân bố đều trên toàn bộ chiều dài vách.
5.3.2 Các giả thuyết cơ bản Ứng suất kéo do cốt thép chịu Ứng suất nén do bê tông và cốt thép chịu
Xét vách cứng chịu tải trọng Nz, My như sau:
Hình 5 10 Biểu đồ ứng suất tại các điểm trên mặt cắt ngang của vách
5.3.3 Các bước tính toán cốt thép dọc cho vách
Giả sử chiều dài B của vùng biên chịu Moment, ta xem xét vách chịu lực dọc trục N và Moment uốn trong mặt phẳng My Moment này tương đương với một cặp ngẫu lực đặt tại hai vùng biên của vách.
Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên l,r b l r
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 dựa vào công thức: o n b a a.
Rn, Ra: 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
: 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
Với lo: chiều dài tính toán của vách imin: bán kính quán tính của tiết diện theo phương mảnh imin = 0.288b
Khi 14: bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc, lấy = 1 Thiên về an toàn lấy
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 mà cốt thép phải chịu được xác định theo công thức tính diện tích cốt thép chịu kéo.
Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép Nếu không đạt yêu cầu, cần tăng kích thước B của vùng biên và tính lại từ bước 1 Chiều dài B tối đa của vùng biên là L/2; nếu vượt quá, cần tăng bề dày vách.
Khi tính ra Fa < 0: đặt cốt thép chịu nén theo cấu tạo Theo TCXDVN
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
Trong tính toán nội lực vách này ta chọn hàm lượng thép dọc cấu tạo của các vùng:
Bước 5: Kiểm tra phần vách còn lại như cấu kiện chịu nén đúng tâm
Trường hợp bê tông đã đủ khả năng chịu lực thì cốt thép chịu nén trong vùng này được đặt theo cấu tạo
Bước 6: Tính toán cốt thép ngang trong vách được thực hiê ̣n tương tự như trong dầm
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: s 1.5b s 30 cm
Bố trí cốt thép cần phải tuân thủ theo TCXD 198:199 như sau:
Phải đặt hai lớp lưới thép Đường kính cốt thép chọn không nhỏ hơn 10 mm và không hơn 0.1b
Đối với thiết kế chịu lực trong các công trình xây dựng, hàm lượng cốt thép đứng cần được chọn trong khoảng từ 0.6% đến 3.5% để đảm bảo khả năng chịu đựng động đất trung bình mạnh Đồng thời, cốt thép nằm ngang nên đạt tối thiểu 1/3 lượng cốt thép dọc với hàm lượng 0.4% để đáp ứng yêu cầu cho các tình huống động đất trung bình và mạnh.
Cần có biện pháp tăng cường tiết diện ở khu vực biên các vách cứng nếu cần
Do Moment có thể đổi chiều nên cốt thép vùng biên Fa = max (As keo; As nen); cốt thép vùng giữa As giua
Hình 5 11 Chương trình tính thép vách 5.3.4 Tính toán cốt ngang cho vách cứng
Tính toán cốt ngang trong vách được thực hiê ̣n tương tự như trong dầm Điều kiện tính toán: b3 (1 f n ) R bh b bt o Q max 0.3 wl b1 b R bh b o
b3 = 0.6: đối với bê tông nặng
f = 0: hệ số xét đến ảnh hưởng của cánh chịu nén n b bt o
: hệ số xét đến ảnh hưởng lực dọc
Khoảng cách giữa các cốt ngang theo tính toán trên tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất:
2 n bt o sw sw tt 2 max
Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt ngang tính theo bê tông chịu cắt:
Khoảng cách thiết kế của cốt ngang là: tt max ct s min(s ,s ,s ) Đường kớnh cốt ngang: chọn ỉ = 10 mm và bụ́ trı́ đờ̀u hờ́t cụ́t đai với khoảng s = 200 mm
5.3.5 Kết quả tính toán cốt thép vách (xem phụ lục)
NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH
Lựa chọn giải pháp nền móng
Đánh giá điều kiện địa chất, thủy văn nhận xét đất nền yếu nên lựa chọn giải pháp cọc khoan nhồi
6.1.1 Sơ lược về cọc khoan nhồi
Cọc khoan nhồi là loại cọc bê tông được đúc tại chỗ trong lỗ khoan dưới lòng đất, thường có tiết diện ngang hình tròn Loại cọc này có thể không cần cốt thép chịu lực nếu tải trọng chỉ tạo ra ứng suất nén Tuy nhiên, trong trường hợp cần cốt thép chịu mô men do tải trọng ngang hoặc tải nén, cốt thép thường được kéo dài suốt chiều dài cọc thay vì cắt ngắn.
6.1.2 Ưu điểm và nhược điểm cọc khoan nhồi Ưu điểm:
Khi thi công không gây ảnh hưởng chấn động và môi trường xung quanh
Sức chịu tải của cọc rất lớn nếu ta dùng đường kính lớn và độ sâu cọc lớn
Lượng thép trong cọc khoan nhồi ít, chủ yếu để chịu tải trọng ngang
Có khả năng thi công cọc khi qua các lớp đất cứng nằm xen kẽ
Giá thành cao do kỹ thuật thi công phức tạp
Biện pháp kiểm tra chất lượng bê tông cọc khoan nhồi rất phức tạp bằng phương pháp siêu âm hay thử tĩnh tải cọc
Ma sát bên thân cọc có thể giảm với cọc đóng và cọc ép do công nghệ tạo khoan lỗ
Tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi
6.2.1 Số liệu địa chất : Được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn, sinh viên sử dụng hồ sơ địa chất như sau:
Lớp đất Tên đất kN / m 3 c kN / m 2
Lớp 1 Sét- sét pha, xám đen-xám vàng, dẻo chảy đến dẻo mềm 19.4 28.1 4°27'
Lớp 2 Cát pha lẫn sạn sỏi, xám vàng- xám xanh, dẻo 21.2 21.6 20°51'
Lớp 3a Cát, xám xanh-xám vàng, xốp đến chặt vừa 20.9 14.1 28°49'
Lớp 3b Sét, sét pha, xám đen-xám vàng, dẻo mềm đến dẻo cứng 18.3 31.3 5°02'
Lớp 4 Sét, sét pha, xám vàng nâu đỏ, dẻo cứng đến cứng 20.0 80.8 9°37'
Lớp 5 Cát, vàng nâu- nâu đỏ, chặt vừa đến chặt 20.8 12.7 30°04'
6.2.2 Thông số cọc khoan nhồi:
Bảng 6 1 Thông số cọc khoan nhồi Đường kính cọc 1 m
Chiều dài đoạn cọc ngàm vào đài 0.15 m
Chiều dài phần đập bỏ lấy thép neo 1 m
Chiều cao đài cọc (sơ bộ) 2 m
Chiều sau chôn đài tính từ mặt đất tự nhiên 5 m
Chiều sâu mũi cọc tính từ mặt đất tự nhiên 45m
6.2.3 Sức chịu tải theo vật liệu:
Ru: Cường độ chịu nén tính toán của bê tông làm cọc
Ab: Diện tích vùng bê tông cắt ngang cọc
Rsc: Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép làm cọc
Hệ số uốn dọc, được xác định: p
k: Hệ số tỉ lệ, chọn k = 9500 (kN/m) c:
Hệ số điều kiện làm việc (cọc độc lập c 3)
d 1 l 0.5 l 0.5 11.34 5.67(m) lo: Chiều dài đoạn cọc kể từ đáy đài tới cao độ san nền, lo = 5(m) ld: Chiều dài tính toán cuả cọc ld 5.67
6.2.4 Sức chịu tải theo chỉ tiêu vật lý của đất nền (Điều 7.2.3 TCVN 10304:2014)
: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong nền cq 1
: hệ số làm việc của đất dưới mũi cọc cf 0.8
: hệ số làm việc của đất bên thân cọc
1 m : chu vi tiết diện ngang của thân cọc
Tính sức chịu mũi : q : cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc ( tra bảng 2 TCVN p
10304:2014 phụ thuộc vào độ sâu hạ cọc h và độ sệt I L hE m và I L 0 q p 15000 kN / m 2
Tính sức kháng hông: f : cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc tra bảng 3 i
TCVN 10304-2014 l : chiều dày đoạn cọc trong lớp đất thứ i i
Chia đất nền thành các lớp đồng nhất không quá 2m ta có được bảng sau:
Bảng 6 2 Sức chịu tải theo chỉ tiêu vật lý của đất nền
Lớp đất Loại đất Độ sâu (m) Độ sâu
Lớp đất Loại đất Độ sâu (m) Độ sâu
6.2.5 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền: Phụ lục G TCVN 10304:2014
Xác định sức kháng mũi cọc q b :
2 c 13.9 kN / m : lực dính của đất dưới mũi cọc
N , c N ' p : Hệ số sức chịu tải của đất dưới mũi cọc
N c = 6 đối với cọc khoan nhồi đường kính lớn
Np 16.44 (Với 29 04' , ta tra bảng Vesic)
Áp lực hữu hiệu tại lớp phủ ở cao trình mũi cọc tương đương với ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng do đất tác động tại vị trí này.
Hệ số chiết giảm cho công trình chịu động đất:
Tính sức kháng ma sát hông: Đối với đất dính: fi = α×cu, i Đối với đất rời: fi k ' i sv,z tg i
Trong đó: cu, i: Cường độ sức kháng không thoát nước của lớp đất dính i u,i c,i c 6.25 N với N là chỉ số SPT trong đất dính c,i
Hệ số phụ thuộc vào đặc điểm lớp đất nằm trên lớp cọc và phương pháp hạ cọc cố kết trong quá trình thi công Để xác định hệ số này, có thể tham khảo biểu đồ trong phụ lục G TCVN 10304 – 2014 Hệ số áp lực ngang của đất lên cọc cũng phụ thuộc vào loại cọc được sử dụng.
: Ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng trung bình trong lớp đất thứ i
i: Góc ma sát giữa đất và cọc, thông thường đối với cọc bê tông i lấy bằng góc ma sát trong của đất i
Bảng 6 3 Sức chịu tải theo cường độ của đất nền
Lớp đất Loại đất Độ sâu
6.2.6 Sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (dùng công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản)
R q A u f l f l Trong đó l , s,i l : Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời, đất dính c,i qb: Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc xác định như sau:
Khi mũi cọc nằm trong đất rời qb = 300Np cho cọc đóng (ép) và qb 150Np cho cọc khoan nhồi
Np: chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới và 4d trên mũi cọc
Cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i s,i s,i f 10 N
Cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i c,i p L u,i f f c
Chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời i được ký hiệu là Ns, i Đối với cọc khoan nhồi, giá trị fL được lấy bằng 1 Cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính được tính bằng công thức u,i c,i c = 6.25 N.
p: Xác định theo biểu đồ hình G.2a TCVN 10304 – 2014
Tính cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc qb
Ta sử dụng cọc khoan nhồi với SPT trung bình ở mũi cọc Np %.33
Bảng 6 4 Sức chịu tải của đất nền theo chỉ số SPT
Lớp đất Loại đất Độ sâu
(kN/m 2 ) c u,i p f ci f si f ci ×l ci f si ×l si
Lớp đất Loại đất Độ sâu
(kN/m 2 ) c u,i p f ci f si f ci ×l ci f si ×l si
Bảng 6 5 Bảng tổng hợp kết quả sức chịu tải cực hạn cọc khoan nhồi :
Phương pháp xác định sức chịu tải Kết quả
Theo chỉ tiêu vật lý của đất nền 18634
Theo chỉ tiêu cường độ đất nền 15709
Theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT 11508, giá trị sức chịu tải cực hạn của đất nền cần được xác định Trong thiết kế, cần xem xét các hệ số như độ tin cậy của nền đất và hệ số tầm quan trọng của công trình, theo hướng dẫn tại điều 7.1.11 TCVN 10304:2014.
Bố trí hệ móng công trình
Căn cứ phụ lục F TCVN 10304:2014 công trình có tầm quan trọng cấp II
Hệ số tầm quan trọng của công trình: n 1.15
Dự kiến số cọc cho từng móng là nhóm cọc n 2
Hệ số điều kiện làm việc của cọc o 1.15
Hệ số tin cậy của đất nền, ký hiệu là k, bị ảnh hưởng bởi số lượng cọc trong một móng Vì vậy, cần điều chỉnh hệ số này để phù hợp với giá trị lực tác động và số lượng cọc được bố trí.
-Móng có số lượng từ 0 đến 5 móng:
Số cọc bố trí sơ bộ trong móng được tính toán dựa trên cơ sở:
Tính toán kiểm tra chi tiết móng
6.4.1 Thiết kế móng cọc 4BP :
6.4.1.1 Tính phản lực đầu cọc bằng SAFE
Từ FZmax ta xác định số cọc, bố trí để xác định kích thước đài
Xuất mô hình từ ETABS sang SAFE để sử dụng các tính năng giải nội lực cho đài móng vách lõi Nội lực sẽ được hiển thị theo trục của dải Độ cứng của cọc đơn có thể được tính theo công thức: cdon k Q.
Q: Tải trọng tác dụng lên cọc, Q = (11338.23+11025.31)/4 = 5590.9kN
S cdon : độ lún của cọc đơn cdon
A: diện tích tiết diện ngang cọc,
E: modun đàn hồi vật liệu làm cọc, E = 32500 MPa
Từ các thông số trên ta tính được Scdon = 0.019m k = 297931.2 kN/m
Phản lực đầu cọc từ SAFE:
Hình 6 1 Phản lực đầu cọc móng 4PB Pmax = 5676.34 (kN) < Qtk = 6500(kN) → Đạt
Pmin = 5256.71 (kN) > 0 → Cọc không bị nhổ
6.4.2 Kiểm tra áp lực nền dưới mũi cọc
Sử dụng giá trị nội lực tiêu chuẩn để kiểm tra tc tt
Khối móng qui ước được xác định là khối móng nằm trên 6 mặt phẳng, trong đó mặt trên là mặt đất tự nhiên, không tính đến áp lực của đất đắp.
Mặt dưới là mặt phẳng đi qua và vuông góc với mũi cọc
Bốn mặt bên là các mặt thẳng đứng cách mép ngoài cùng của hàng cọc biên 1 đoạn tb
Ltb 40m là độ sâu hạ cọc trong đất tính từ đáy đài
Góc ma sát trong trung bình:
Hình 6 2 Khối móng qui ước Kích thước khối móng qui ước
Trọng lượng của khối móng qui ước
W B L D L ( ) 3.45 11.45 40 5 20.9 10 19375.9 kN Độ lệch tâm do moment:
Áp lực tác dụng tại đáy khối móng qui ước
max min tc qu y tc x m m m m max min tc tb
Sức chịu tải của đất nền dưới khối móng qui ước
Góc ma sát trong dưới đáy khối móng qui ước: φ = 28°49' tra bảng nội suy :
IIo m II f c II II tc
m11: hệ số điều kiện đất nền m2 1: hệ số điều kiện công trình
dung trọng của đất nền dưới đáy móng
dung trọng trung bình của đất nền trên đáy móng
Kiềm tra điều kiện ổn định: tc 2 2 tb II tc 2 2 max II tc 2 min
Kiểm tra áp lực nền dưới đáy móng:
Vì p tc tb 975 (kN/m ) R 2 tc 3013.5 (kN/m ) 2
nền dưới mũi cọc làm việc trong giai đoạn đàn hồi
Hình 6 3 Biểu đồ moment phương Y móng PB
Hình 6 4 Biểu đồ moment phương X móng 4PB 6.4.2.2 Kết quả tính thép
Vị trí M kN.m/m b mm h mm a mm ho mm αm x As mm² à
Lớp trờn 451.5 1000 2000 50 1950 0.01 0.01 774.7 0.04 ỉ12a150 754 2.75 Lớp dưới 436.5 1000 2000 50 1950 0.008 0.01 619.7 0.03 ỉ12a200 754 17.81 Phương
6.4.3 Thiết kế móng cọc MLT : 6.4.3.1 Tính phản lực đầu cọc bằng SAFE
Từ FZmax ta xác định số cọc, bố trí để xác định kích thước đài
Mô hình từ ETABS có thể được xuất sang SAFE để giải nội lực cho đài móng vách lõi, với nội lực được thể hiện theo trục của dải Để tính độ cứng của cọc đơn, có thể sử dụng công thức: cdon k Q.
Q: Tải trọng tác dụng lên cọc, Q = (122657)/25 = 4906kN
Scdon: độ lún của cọc đơn cdon
A: diện tích tiết diện ngang cọc,
E: modun đàn hồi vật liệu làm cọc, E = 32500 MPa
Từ các thông số trên ta tính được Scdon = 0.018m k = 272571 kN/m
Phản lực đầu cọc từ SAFE:
P max = 6476.34 (kN) < Q tk = 6500(kN) → Đạt
Pmin = 1256.71 (kN) > 0 → Cọc không bị nhổ
Hình 6 6 Moment theo phương Y 6.4.3.3 Kết quả tính thép móng lỗi thang:
