THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THIẾT KẾ CHUNG CƯ BẾN VÂN ĐỒN – QUẬN 4 SVTH LÊ TRẦN PHÚC Tp Hồ Chí Minh, th[.]
Trang 1ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
THIẾT KẾ CHUNG CƯ BẾN VÂN ĐỒN – QUẬN 4
SVTH: LÊ TRẦN PHÚC GVHD: ThS NGUYỄN VĂN KHOA
SKL 0 1 0 0 4 7
Trang 2-*** -
GVHD: Th.S HUỲNH PHƯỚC SƠN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ CHUNG CƯ BẾN VÂN ĐỒN – QUẬN 4
GVHD: ThS NGUYỄN VĂN KHOA SVTH: LÊ TRẦN PHÚC
Trang 3TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA XÂY DỰNG
BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: LÊ TRẦN PHÚC - MSSV: 14149128
Ngành: Công nghệ kỹ thuật công trình Xây dựng
Tên đề tài: Thiết kế chung cư BẾN VÂN ĐỒN – QUẬN 4
Họ và tên giảng viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN VĂN KHOA
NHẬN XÉT:
1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
2 Ưu điểm:
3 Khuyết điểm:
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5 Đánh giá loại:
6 Điểm:……….(Bằng chữ: )
Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 07 năm 2018
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)
Trang 4TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA XÂY DỰNG
BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên: LÊ TRẦN PHÚC - MSSV: 14149128
Ngành: Công nghệ kỹ thuật công trình Xây dựng
Tên đề tài: Thiết kế chung cư BẾN VÂN ĐỒN –QUẬN 4
Họ và tên giảng viên phản biện:
NHẬN XÉT:
1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
2 Ưu điểm:
3 Khuyết điểm:
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5 Đánh giá loại:
6 Điểm:……….(Bằng chữ: )
Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 07 năm 2018
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)
Trang 5SUMMARY OF THE GRADUATION PROJECT
Student : LÊ TRẦN PHÚC ID: 14149128
Faculty : CIVIL ENGINEERING
Speciality : CONSTRUCTION ENGINEERING AND TECHNOLOGY Name of project : BEN VAN DON APARTMENT
1 Initial information
- Architectural drawings
- Cadastral survey drawings
2 Content of theoretical and computational parts
- Design the typical floor
- Design the typical staircase
- Design auget – cast piles
3 Written explanations and drawings
Written explanation and 01 appendix
23 drawing A1 (06 Architecture, 17 structure)
4 Instructor : Dr NGUYEN VAN KHOA
5 Start date :
6 Completion date :
HCMC July 02, 2018
Dr NGUYEN VAN KHOA
Trang 6MỤC LỤC
BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 1
BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 2
SUMMARY OF THE GRADUATION PROJECT 3
TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH 11
Hình 1 1: Mặt bằng tầng điển hình 12
Hình 1 2: Mặt đứng chính công trình 13
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU 15
2.1 Giải pháp vật liệu 15
Bảng 2 1: Bê tông sử dụng 15
Bảng 2 2: Cốt thép sử dụng 15
2.2 Lớp bê tông bảo vệ 15
2.3 Cơ sở lựa chọn giải pháp kết cấu 16
Nguyên tắc bố trí hệ kết cấu 16
Giải pháp kết cấu theo phương ngang 16
Kết luận hệ kết cấu sàn chịu lực chính 18
NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN KẾT CẤU 19
3.1 Cơ sở tính toán 19
3.2 Nguyên tắc cơ bản 19
Nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH I) 19
Nhóm trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II) 19
Lựa chọn công cụ tính toán 20
THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH 21
4.1 Tổng quan 21
4.1.1 Vật liệu 21
4.1.2 Sơ bộ chọn tiết diện cột 22
Bảng 4 1: Chọn sơ bộ tiết diện cột 22
4.1.3 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện vách 23
4.2 Tải trọng tác dụng lên sàn 23
Trang 7Hình 4 1: Các lớp cấu tạo sàn 23
Bảng 4 2: Tải trọng các lớp hoàn thiện sàn tầng điển hình 24
Bảng 4 3: Tải trọng tác dụng lên sàn nhà vệ sinh 24
Bảng 4 4: Tải trọng tác dụng lên sàn tầng hầm 02 24
Bảng 4 5: Tải trọng tường xây trên dầm 25
Bảng 4 6: Tải trọng tường xây trên sàn 25
4.2.2 Hoạt tải 26
Bảng 4 7: Hoạt tải tác dụng lên sàn 26
4.3 Xác định nội lực 27
4.3.1 Mô hình phân tích 27
Hình 4 2: Mô hình sàn trong SAFE 27
Hình 4 3: Tĩnh tải tiêu chuẩn các lớp cấu tạo sàn 28
Hình 4 4: Hoạt tải I phân bố đều trên sàn 28
Hình 4 5: Hoạt tải II phân bố đều trên sàn 29
4.3.2 Kết quả mô hình phân tích 29
Hình 4 6: Dải Strip theo phương X 30
Hình 4 7: Dải Strip theo phương Y 30
Hình 4 8: Moment theo dải Strip theo phương X 31
Hình 4 9: Moment theo dải Strip theo phương Y 31
4.4 Kiểm tra độ võng 32
Hình 4 10: Kết quả độ võng ngắn hạn sàn tầng điển hình 32
4.5 Thiết kế cốt thép sàn điển hình 32
THIẾT KẾ CẦU THANG TẦNG ĐIỂN HÌNH 33
5.1 Số liệu tính toán 33
5.1.1 Vật liệu 33
5.1.2 Kích thước sơ bộ 33
Hình 5 1: Mặt bằng định vị cầu thang 34
Hình 5 2: Mặt bằng và mặt cắt cầu thang 34
Hình 5 3: Các lớp cấu tạo cầu thang 35
5.2 Tải trọng 35
Trang 85.2.1 Tĩnh tải 35
Bảng 5 1: Tĩnh tải hoàn thiện bản chiếu nghỉ 35
Bảng 5 2: Tĩnh tải hoàn thiện bản thang nghiêng theo phương đứng 36
5.2.2 Hoạt tải 36
5.3 Sơ đồ tính và nội lực 36
Hình 5 4: Mô hình chất tải cầu thang trong ETABS 37
Hình 5 5: Biểu đồ moment của bản thang 37
5.4 Thiết kế cốt thép cho bản thang và dầm chiếu nghỉ 38
Bảng 5 3: Kết quả tính thép bản thang 38
THIẾT KẾ HỆ KHUNG 39
6.1 Tổng quan 39
6.2 Vật liệu 39
6.3 Sơ bộ kích thước tiết diện kết cấu 39
6.3.1 Chiều dày sàn tầng điển hình 39
6.3.2 Chiều dày sàn tầng hầm, tầng thượng, mái 41
6.4 Các trường hợp tải trọng 41
6.4.1 Tải trọng gió 41
Bảng 6 1: Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng gió tĩnh nhập vào dầm biên 42
Bảng 6 2: Kết quả chu kì và tần số dao động của công trình 43
Bảng 6 3: Phương dao động của công trình 44
Bảng 6 4: Bảng tính gió động theo phương X 45
Bảng 6 5: Bảng tính gió theo phương Y 46
6.4.2 Tải trọng động đất 47
Bảng 6 6: Giá trị tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi 48
Bảng 6 7: Giá trị phổ phản ứng thiết kế theo phương ngang 48
Hình 6 1: Biểu đồ phổ phản ứng thiết kế theo phương ngang 50
Bảng 6 8: Các trường hợp tải trọng 51
Bảng 6 9: Các tổ hợp tải trọng 51
Bảng 6 10: Các giá trị 2,i đối với nhà 52
Bảng 6 11: Giá trị của để tính toán E,i 52
Trang 9Hình 6 2: Khai báo Mass Source trong ETABS 53
6.4.3 Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình 53
6.4.4 Kiểm tra tính đúng đắn của mô hình 54
Hình 6 3: Mô hình khung 3D trong ETABS 54
Hình 6 4: Nội lực dầm 55
Hình 6 5: Lực dọc của cột và vách khung trục 3 trong Comb1 56
6.5 Thiết kế cốt thép hệ khung 56
6.5.1 Thiết kế cốt thép dầm 56
6.5.2 Thiết kế cốt thép cột 59
Bảng 6 12: Mô hình tính toán cột lệch tâm xiên 59
Bảng 6 13: Hàm lượng thép trong cột 61
Bảng 6 14: Dữ liệu tính toán cốt thép cho cột 62
Hình 6 6: Sơ đồ nội lực nén lệch tâm xiên 62
Bảng 6 15: Kết quả tính toán thép cột 64
6.5.3 Thiết kế cốt thép vách 65
Hình 6 7: Chia vách thành các phần tử nhỏ 65
Hình 6 8: Vùng biên chịu moment 66
Bảng 6.16: Nội lực vách P5 69
Neo và nối cốt thép 71
Neo và nối cốt thép 71
THIẾT KẾ KẾT CẤU NỀN MÓNG 73
7.1 Tổng quan về nền móng 73
7.2 Địa chất công trình 73
Bảng 7 1: Số liệu khoan khảo sát địa chất 73
Bảng 7 2: Bảng tổng hợp địa chất 74
7.3 Lựa chọn giải pháp móng 74
7.4 Phương án móng cọc khoan nhồi 74
Tổng quan về móng cọc khoan nhồi 74
Tính toán sức chịu tải 75
Bảng 7 3: Sức kháng ma sát thành của cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu cơ lí 77
Trang 10Bảng 7 4: Sức kháng ma sát thành của cọc nằm trong lớp đất rời 79
Bảng 7 5: Sức kháng ma sát thành của cọc nằm trong lớp đất dính 79
Xác định độ cứng cọc 80
7.5 Thiết kế móng M1 81
Tải trọng tác dụng 81
Bảng 7 6: Giá trị tổ hợp nội lực trong móng M1 81
Chọn chiều sâu chôn móng 81
Xác định số cọc và kích thước đài cọc 81
Hình 7 1: Bố trí cọc khoan nhồi móng M1 82
Kiểm tra ổn định khối móng quy ước 82
Kiểm tra xuyên thủng 84
Hình 7 2: Tháp xuyên thủng móng M1 85
Tính thép cho đài cọc bằng safe 85
Hình 7 3: Chia dải cho đài móng M1 85
Hình 7 4: Phản lực đầu cọc móng M1 85
Hình 7 6: Biểu đồ moment theo phương X móng M1 87
7.6 Thiết kế móng M2 88
Tải trọng tác dụng 88
Bảng 7 7: - Giá trị tổ hợp nội lực trong móng M2 88
Chọn chiều sâu chôn móng 88
Xác định số cọc và kích thước đài cọc 88
Hình 7 7: Bố trí cọc khoan nhồi móng M2 88
Kiểm tra ổn định khối móng quy ước 88
Kiểm tra xuyên thủng 91
Hình 7 8: Tháp xuyên thủng móng M2 91
Tính thép cho đài cọc bằng safe 91
Hình 7 9: Chia dải cho đài móng M2 91
Hình 7 10: Phản lực đầu cọc móng M2 92
Hình 7 11: Biểu đồ moment theo phương X móng M2 92
Hình 7 12: Biểu đồ moment theo phương Y móng M2 93
Trang 117.7 Thiết kế móng lõi thang (M3) 94
Tải trọng tác dụng 94
Bảng 7 8: Giá trị nội lực dưới chân vách móng M5 94
Chọn chiều sâu chôn móng 94
Xác định số cọc và kích thước đài cọc 94
Hình 7 13: Bố trí cọc khoan nhồi móng M3 95
Kiểm tra ổn định khối móng quy ước 95
Kiểm tra xuyên thủng 98
Hình 7 14: Tháp xuyên thủng móng M3 98
Tính thép cho đài cọc 99
Hình 7 15: Chia dải cho đài móng M3 99
Hình 7 16: Phản lực đầu cọc móng M3 99
Hình 7 17: Biểu đồ momen theo phương X móng M3 100
Hình 7 18: Biểu đồ momen theo phương Y móng M3 100
Bảng 7 10: Tính thép theo phương X móng M3 101
Bảng 7 11: Tính thép theo phương Y móng M3 101
Trang 12LỜI CẢM ƠN
Đối với mỗi sinh viên ngành Xây dựng, luận văn tốt nghiệp chính là công
việc kết thúc quá trình học tập ở trường đại học, đồng thời mở ra trước mắt mỗi
người một hướng đi mới vào cuộc sống thực tế trong tương lai Thông qua quá
trình làm luận văn đã tạo điều kiện để chúng em tổng hợp, hệ thống lại những
kiến thức đã được học, đồng thời thu thập bổ sung thêm những kiến thức mới
mà mình còn thiếu sót, rèn luyện khả năng tính toán và giải quyết các vấn đề có
thể phát sinh trong thực tế
Trong suốt khoảng thời gian thực hiện luận văn của mình, em đã nhận
được rất nhiều sự chỉ dẫn, giúp đỡ tận tình của Thầy ThS Nguyễn Văn Khoa
cùng với các Thầy, Cô trong bộ môn Xây dựng
Qua đây, em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa Xây
dựng và Cơ học Ứng dụng – trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, những
người đã không ngừng giúp đỡ, giảng dạy tận tình cho em có được những kiến
thức chuyên ngành trong suốt 4 năm học qua, đó chính là hành trang không thể
thiếu cho công việc sau này
Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn
chế, do đó luận văn tốt nghiệp của em khó tránh khỏi những thiếu sót, kính
mong nhận được sự chỉ dẫn của các Thầy, Cô để em cũng cố, hoàn hiện kiến
thức của mình hơn
Cuối cùng, em xin chúc quý Thầy, Cô thành công và luôn dồi dào sức
khỏe để có thể tiếp tục sư nghiệp truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau
Em xin chân thành cảm ơn
Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 07 năm 2018
Sinh viên
Lê Trần Phúc
Trang 13TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
1.1 NHU CẦU XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH:
- Ngày nay, trong tiến trình hội nhập của đất nước, kinh tế ngày càng phát triển kéo theo đời sống của nhân dân ngày càng được nâng cao Một bộ phận lớn nhân dân
có nhu cầu tìm kiếm một nơi an cư với môi trường trong lành, nhiều dịch vụ tiện ích hỗ trợ để lạc nghiệp đòi hỏi sự ra đời nhiều khu căn hộ cao cấp Trong xu hướng đó, nhiều công ty xây dựng những khu chung cư cao cấp đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của người dân Chung cư Bến Vân Đồn là một công trình xây dựng thuộc dạng này
- Với nhu cầu về nhà ở tăng cao trong khi quỹ đất tại trung tâm thành phố ngày càng
ít đi thì các dự án xây dựng chung cư cao tầng ở vùng ven là hợp lý và được khuyến khích đầu tư Các dự án nói trên, đồng thời góp phần tạo dựng bộ mặt đô thị nếu được tổ chức tốt và hài hòa với môi trường cảnh quan xung quanh
- Như vậy việc đầu tư xây dựng khu chung cư Bến Vân Đồn là phù hợp với chủ trương khuyến khích đầu tư của TPHCM, đáp ứng nhu cầu bức thiết về nhà ở của người dân và thúc đẩy phát triển kinh tế, hoàn chỉnh hệ thống hạ tầng đô thị
1.2 ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH:
- Địa chỉ: 2/2A đường Bến Vân Đồn, Phường 5, Quận 4, TP Hồ Chí Minh
- Diện tích khu đất XD: 37.2m 43.6m = 1622 m2;
- Chiều cao công trình: 77.9 m;
- Công trình có tổng cộng 24 tầng, bao gồm:
- Hai tầng hầm: chiều cao mỗi tầng 3m
- Tầng trệt : chiều cao tầng 5m, diện tích mặt bằng: 27m 32m = 864 m2
- Tầng điển hình: chiều cao tầng 3,6m, diện tích mặt bằng: 1273m2
- Tầng mái 9m × 16m = 144 m2
Trang 14PHÒNG KHÁCH + ĂN PHÒNG KHÁCH + ĂN
PHÒNG NGỦ 1
PHÒNG NGỦ 1 PHÒNG NGỦ 1
PHÒNG NGỦ 1
PHÒNG KHÁCH PHÒNG KHÁCH
PHÒNG KHÁCH + ĂN PHÒNG KHÁCH + ĂN
PHÒNG NGỦ 1
PHÒNG NGỦ 1 PHÒNG NGỦ 1
PHÒNG NGỦ 1
PHÒNG KHÁCH PHÒNG KHÁCH
2 1
4 3
2 1
Trang 15- Diện tích sàn xây dựng 1273 m2
- Bao gồm 3 thang máy 3 thang bộ
- Hai tầng hầm để xe
- Tầng trệt bố trí thương mại – dịch vụ
- Lối đi lại, hành lang trong chung cư thoáng mát và thoải mái
- Cốt cao độ 0.00m được chọn tại cao độ mặt trên sàn tầng hầm, cốt cao độ mặt đất hoàn thiện -1.5m, cốt cao độ mặt trên đáy sàn tầng hầm -4.5m, cốt cao độ đỉnh công trình +77.9m
1.3.2 Mặt đứng công trình:
Hình 1 2: Mặt đứng chính công trình
- Công trình có dạng hình khối thẳng đứng Chiều cao công trình là 77.9m
- Mặt đứng công trình hài hòa với cảnh quan xung quanh
- Công trình sử dụng vật liệu chính là đá Granite, sơn nước, lam nhôm, khung inox trang trí và kính an toàn cách âm cách nhiệt tạo màu sắc hài hòa, tao nhã
1.3.3 Hệ thống giao thông:
- Hệ thông giao thông phương ngang trong công trình là hệ thống hành lang
- Hệ thống giao thông phương đứng là thang bộ và thang máy Hệ thống thang máy được thiết kế thoải mái, thuận lợi và phù hợp với nhu cầu sử dụng trong công trình
TAÀNG 11
TAÀNG 1 +1.500
TAÀNG 17 TAÀNG 18 TAÀNG 19 TAÀNG 20
TAÀNG 7
TAÀNG 6
TAÀNG 3 TAÀNG 4
TAÀNG 2 + 6.500
27000
Trang 161.4 GIẢI PHÁP KỸ THUẬT:
1.4.1 Hệ thống điện:
- Hệ thống nhận điện từ hệ thống điện chung của khu đô thị vào công trình thông qua phòng máy điện Từ đây điện được dẫn đi khắp công trình thông qua mạng lưới điện nội bộ Ngoài ra khi bị sự cố mất điện có thể dùng ngay máy phát điện dự phòng đặt ở tầng hầm để phát cho công trình
1.4.2 Hệ thống nước:
- Nguồn nước được lấy từ hệ thống cấp nước khu vực và dẫn vào bể chứa nước ở tầng hầm,bể nước mái, bằng hệ thống bơm tự động nước được bơm đến từng phòng thông qua hệ thống gen chính ở gần phòng phục vụ
- Nước thải được đẩy vào hệ thống thoát nước chung của khu vực
1.4.3 Thông gió:
- Công trình không bị hạn chế nhiều bởi các công trình bên cạnh nên thuận lợi cho việc đón gió, công trình sử dụng gió chính là gió tự nhiên, và bên cạnh vẫn dùng hệ thống gió nhân tạo (nhờ hệ thống máy điều hòa nhiệt độ) giúp hệ thống thông gió cho công trình được thuận lợi và tốt hơn
1.4.5 Phòng cháy thoát hiểm:
- Công trình bê tông cốt thép bố trí tường ngăn bằng gạch rỗng vừa cách âm vừa cách nhiệt
- Dọc hành lang bố trí các hộp chống cháy bằng các bình khí CO2
- Các tầng đều có đủ 3 cầu thang bộ để đảm bảo thoát người khi có sự cố về cháy nổ
- Bên cạnh đó trên đỉnh mái còn có bể nước lớn phòng cháy chữa cháy
Trang 17LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
2.1 Giải pháp vật liệu
Vật liệu cần có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, chống cháy tốt, có giá thành hợp lý Vật liệu có tính biến dạng cao: khả năng biến dạng cao có thể bổ sung cho tính năng chịu lực thấp
Vật liệu có tính thoái biến thấp: có tác dụng tốt khi chịu tácđộng của tải trọng lặp lại (động đất, gió bão)
Vật liệu có tính liền khối cao: có tác dụng trong trường hợp có tính chất lặp lại, không bị tách rời các bộ phận công trình
Nhà cao tầng thường có tải trọng rất lớn Nếu sử dụng các loại vật liệu trên sẽ giảm được đáng kể tải trọng cho công trình, kể cả tải trọng đứng cũng như tải trọng ngang do lực quán tính Trong điều kiện nước ta hiện nay thì vật liệu bê tông cốt thép hoặc thép là loại vật liệu đang được các nhà thiết kế sử dụng phổ biến trong các kết cấu nhà cao tầng
→ Do đó sinh viên lựa chọn vật liệu xây dựng công trình là bê tông cốt thép
2.2 Lớp bê tông bảo vệ
Đối với cốt thép dọc chịu lực (không ứng lực trước, ứng lực trước, ứng lực trước kéo trên bệ), chiều dày lớp bê tông bảo vệ cần được lấy không nhỏ hơn đường kính cốt thép hoặc dây cáp và không nhỏ hơn:
Trang 18- Trong bản và tường có chiều dày trên 100mm: 15mm (20mm)
- Trong dầm và dầm sườn có chiều cao ≥250mm: 20mm (25mm)
- Trong cột: 30mm (30mm)
- Trong dầm móng: 30mm
- Trong móng:
• Toàn khối khi có lớp bê tông lót: 35mm
• Toàn khối khi không có lớp bê tông lót: 70mm
Chú thích: giá trị trong ngoặc ( ) áp dụng cho kết cấu ngoài trời hoặc những nơi ẩm ướt (trích TCVN 5574:2012 – Bê tông cốt thép tiêu chuẩn thiết kế - điều 8.3)
2.3 Cơ sở lựa chọn giải pháp kết cấu
+ Tiếp nhận tải trọng từ dầm, sàn để truyền xuống móng, xuống nền đất
+ Tiếp nhận tải trọng ngang tác dụng lên công trình (phân phối giữa các cột, vách
chiều cao của nhà và độ lớn của tải trọng ngang (động đất, gió)
- Công trình chung cư Tân Tạo 1 được sử dụng hệ chịu lực chính là hệ kết cấu chịu lực khung vách hỗn hợp đồng thời kết hợp với lõi cứng Lõi cứng được bố trí ở giữa công trình, cột được bố trí ở giữa vã xung quanh công trình, vách cứng được
bố trí xung quanh công trình để đảm bảo khả năng chịu lực cho công trình và chống xoắn tốt
→ Căn cứ vào quy mô công trình, sinh viên sử dụng hệ chịu lực khung - vách (khung chịu toàn bộ tải trọng đứng và vách chịu tải trọng ngang cũng như các tác động khác đồng thời làm tăng độ cứng của công trình) làm hệ kết cấu chịu lực chính cho công trình
Giải pháp kết cấu theo phương ngang
Việc lựa chọn giải pháp kết cấu sàn hợp lý là việc làm rất quan trọng, quyết định tính kinh tế của công trình Theo thống kê thì khối lượng bê tông sàn có thể chiếm 30÷40% khối lượng bê tông của công trình và trọng lượng bê tông sàn trở thành một loại tải trọng
Trang 19tĩnh chính Công trình càng cao, tải trọng này tích lũy xuống cột các tầng dưới và móng càng lớn, làm tăng chi phí móng, cột, tăng tải trọng ngang do động đất Vì vậy cần ưu tiên lựa chọn giải pháp sàn nhẹ để giảm tải trọng thẳng đứng Các loại kết cấu đang được sử dụng rộng rãi hiện nay gồm:
Hệ sàn sườn: cấu tạo gồm hệ dầm và bản sàn
- Ưu điểm: Tính toán đơn giản, được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi
công phong phú nên thuận tiện cho việc lựa chọn công nghệ thi công
- Nhược điểm: Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn rất lớn khi vượt khẩu độ lớn,
dẫn đến chiều cao tầng của công trình lớn Không tiết kiệm không gian sử dụng
Sàn không dầm: cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột
- Ưu điểm: Chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm được chiều cao công trình Tiết kiệm
được không gian sử dụng Dễ phân chia không gian Việc thi công phương án này nhanh hơn so với phương án sàn dầm bởi không phải mất công gia công cốp pha, cốt thép dầm, cốt thép được đặt tương đối định hình và đơn giản Việc lắp dựng ván khuôn và cốp pha cũng đơn giản
- Nhược điểm: Trong phương án này các cột không được liên kết với nhau để tạo
thành khung do đó độ cứng nhỏ hơn so với phương án sàn dầm, do vậy khả năng chịu lực theo phương ngang phương án này kém hơn phương án sàn dầm, chính vì vậy tải trọng ngang hầu hết do vách chịu và tải trọng đứng do cột và vách chịu Sàn phải có chiều dày lớn để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủng do
đó khối lượng sàn tăng
Sàn không dầm ứng lực trước: cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột, cốt thép
được ứng lực trước
- Ưu điểm: Giảm chiều dày, độ võng sàn Giảm được chiều cao công trình Tiết
kiệm được không gian sử dụng Phân chia không gian các khu chức năng dễ dàng
- Nhược điểm: Tính toán phức tạp Thi công đòi hỏi thiết bị chuyên dụng
Tấm panel lắp ghép: cấu tạo gồm những tấm panel được sản xuất trong nhà máy
Sau đó các tấm này được vận chuyển ra công trường và lắp dựng, sau đó rải cốt thép
và đổ bê tông bù
- Ưu diểm: Khả năng vượt nhịp lớn, thời gian thi công nhanh, tiết kiệm vật liệu
- Nhược điểm: Kích thước cấu kiện lớn, quy trình tính toán phức tạp
Sàn bê tông BubbleDeck & Uboot Beton: Bản sàn bê tông BubbleDeck phẳng,
không dầm, liên kết trực tiếp với hệ cột, vách chịu lực, sử dụng quả bóng nhựa tái chế để thay thế phần bê tông không hoặc ít tham gia chịu lực ở thớ giữa bản sàn
- Ưu điểm: Tạo tính linh hoạt cao trong thiết kế, có khả năng thích nghi với nhiều
loại mặt bằng Tạo không gian rộng cho thiết kế nội thất Tăng khoảng cách lưới cột và khả năng vượt nhịp, có thể lên tới 15m mà không cần ứng suất trước, giảm
hệ tường, vách chịu lực Giảm thời gian thi công và các chi phí dịch vụ kèm theo
Trang 20- Nhược điểm: Đây là công nghệ mới vào Việt Nam nên lý thuyết tính toán chưa
được phổ biến Khả năng chịu cắt, chịu uốn giảm so với sàn bê tông cốt thép thông thường cùng độ dày
Kết luận hệ kết cấu sàn chịu lực chính
- Phương án chịu lực theo phương đứng là hệ kết cấu chịu lực khung vách hỗn hợp đồng thời kết hợp với lõi cứng
- Phương án chịu lực theo phương ngang là phương án hệ sàn sườn có dầm
Trang 21NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN KẾT CẤU
3.1 Cơ sở tính toán
Các tiêu chuẩn và quy chuẩn viện dẫn:
- TCVN 2737: 1995 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế
- TCXD 229: 1999 Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải gió
- TCVN 9386-2012 Thiết kế công trình chịu tải trọng động đất
- TCVN 5574: 2012 Kết cấu Bê Tông và Bê Tông toàn khối
- TCXDVN 198:1997 Nhà cao tầng -Thiết kế Bê Tông Cốt Thép toàn khối
- TCVN 9362: 2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
- TCVN 10304:2014 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế
- TCVN 7888: 2014 Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước
- TCVN 9394: 2012 Đóng và ép cọc thi công và nghiệm thu
- TCVN 9395: 2012 Cọc khoan nhồi thi công và nghiệm thu
Bên cạnh các tài liệu trong nước, để giúp cho quá trình tính toán được thuận lợi, đa dạng về nội dung tính toán, đặc biệt những cấu kiện (phạm vi tính toán) chưa được tiêu chuẩn thiết kế trong nước qui định như : Thiết kế các vách cứng, lõi cứng nên trong quá trình tính toán có tham khảo các tiêu chuẩn nước ngoài
Cùng với đó là các sách, tại liệu chuyên ngành và các bài báo khoa học được đăng tải chính thống của nhiều tác giả khác nhau
3.2 Nguyên tắc cơ bản
Khi thiết kế cần tạo sơ đồ kết cấu, kích thước tiết diện và bố trí cốt thép đảm bảo được độ bền, độ ổn định và độ cứng không gian xét trong tổng thể cũng như riêng từng bộ phận kết cấu Việc đảm bảo đủ khả năng chịu lực phải trong cả giai đoạn xây dựng và sử dụng
Khi tính toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép cần phải thỏa mãn những yêu cầu về tính toán theo hai nhóm trạng thái giới hạn
Nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH I)
- Nhằm đảm bảo khả năng chịu lực của kết cấu, cụ thể đảm bảo cho kết cấu:
- Không bị phá hoại do tác dụng của tải trọng và tác động
- Không bị mất ổn định về hình dáng hoặc vị trí
- Không bị phá hoại vì kết cấu bị mỏi
- Không bị phá hoại do tác động đồng thời của các nhân tố về lực và những ảnh hưởng bất lợi của môi trường
Nhóm trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II)
- Nhằm bảo đảm sự làm việc bình thường của kết cấu, cụ thể cần hạn chế:
- Khe nứt không mở rộng quá giới hạn cho phép hoặc không xuất hiện khe nứt
- Không có những biến dạng quá giới hạn cho phép như độ võng, góc xoay, góc trượt, dao động
Trang 22Lựa chọn công cụ tính toán
Dùng để phân tích nội lực theo dải
Do safe là phần mềm phân tích, thiết kế kết cấu chuyên cho phần bản sàn và còn được sử dụng tính toán cho kết cấu phần móng
3.2.1.3 Phần mềm Microsoft Office 2010
Dùng để xử lý số liệu nội lực từ các phần mềm ETABS, SAFE xuất sang, tổ hợp nội lực và tính toán tải trọng, tính toán cốt thép và trình bày các thuyết minh tính toán
Trang 23THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
4.1 Tổng quan
Kết cấu nhà cao tầng được tính toán với các tải trọng chính sau đây:
- Tải trọng thẳng đứng (trọng lượng bản thân kết cấu, tải thường xuyên và tạm thời tác dụng lên sàn)
- Tải trọng gió (gồm các thành phần tĩnh và thành phần động)
- Tải trọng động đất (tính cho các công trình nằm trong vùng có yêu cầu kháng chấn)
Ngoài ra, kết cấu nhà cao tầng còn được kiểm tra với các loại tải trọng sau:
- Tác động của quá trình thi công
- Áp lực đất, nước ngầm
4.1.1 Vật liệu
Sử dụng bê tông cấp độ bền B30 có:
- Cường độ chịu nén dọc trục: Rb = 17 MPa
- Cường độ chịu kéo dọc trục: Rb = 1.2 MPa
- Mô đun đàn hồi: Eb = 32500 MPa
Cốt thép loại AI (đối với cốt thép có Ø < 10) có:
- Cường độ chịu kéo: Rs = 225 MPa
- Cường độ chịu nén: Rsc = 225 MPa
- Cường độ tính toán cốt ngang: Rsw = 175 MPa
- Mô đun đàn hồi: Es = 210000 MPa
Cốt thép loại AIII (đối với cốt thép có Ø ≥10) có:
- Cường độ chịu kéo: Rs = 365 MPa
- Cường độ chịu nén: Rsc = 365 MPa
- Mô đun đàn hồi: Es = 200000 Mpa
Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm
Kích thước tiết diện dầm được xác định sơ bộ qua nhịp dầm (dựa theo công thức kinh nghiệm) sao cho đảm bảo thông thủy cần thiết trong chiều cao tầng, và đủ khả năng chịu lực
Trang 244.1.2 Sơ bộ chọn tiết diện cột
Diện tích tiết diện cột (có kể đến thép chịu nén để giảm tiết diện cột) được xác định sơ bộ như sau:
c
b b sc
kN A
Si - diện tích truyền tải xuống tầng thứ i
+ k = 1.1 1.5 - hệ số kể đến tải trọng ngang gây ra momen làm gia tăng ứng suất nén trong cột;
+ Rb = 17 (MPa) - cường độ chịu nén tính toán của bê tông B30;
+ Rsc = 365 (MPa) – cường độ chịu nén tính toán của thép AIII;
+ μ = (1 4)% - hàm lượng cốt thép trong cột khi xét động đất theo TCXDVN 9386:2012
Để đảm bảo yêu cầu về kiến trúc, hạn chế kích thước cột, sinh viên giả thiết hàm lượng thép là 2%, để thép tham gia chịu nén cùng với bê tông, từ đó giảm kích thước cột
Bảng 4 1: Chọn sơ bộ tiết diện cột
truyền tải
Tải trọng
Chọn phương
Trang 254.1.3 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện vách
Vách cứng là kết cấu chịu lực ngang chủ yếu, để trách bị mất ổn định theo phương ngoài mặt phẳng, chiều dày vách đổ toàn khối chọn không nhỏ hơn 200mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều cao tầng Sơ bộ chiều dày vách lõi thang là 300mm
4.2 Tải trọng tác dụng lên sàn
4.2.1 Tĩnh tải
4.2.1.1 Các lớp cấu tạo sàn
Hình 4 1: Các lớp cấu tạo sàn
Trang 26Bảng 4 2: Tải trọng các lớp hoàn thiện sàn tầng điển hình
Trọng lượng riêng
Chiều dày
Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượt
tải
Tĩnh tải tính toán
Tổng tĩnh tải không kể bản than sàn 1.42 1.756
Bảng 4 3: Tải trọng tác dụng lên sàn nhà vệ sinh
Trọng lượng riêng
Chiều dày
Tĩnh tải tiêu chuẩn
Hệ số vượt tải
Tĩnh tải tính toán
Chiều dày
Tĩnh tải tiêu chuẩn vượt tải Hệ số
Tĩnh tải tính toán
Trang 274.2.1.2 Tải tường xây trên sàn và trên dầm
Công thức xác định tải trọng tường tính toán:
- ht = htầng - hdầm (tường xây trên dầm biên), chọn sơ bộ hdầm = 600mm
Bảng 4 5: Tải trọng tường xây trên dầm
Trang 28tường xây lớn nhất và quy tải tường xây trên sàn về tải phân bố đều trên sàn, tải tường trên sàn được xác định theo công thức sau:
- ht : là chiều cao tường, lấy ht = htầng
- lt : là chiều dài tường, thông qua khảo sát bản vẽ kiến trúc, sinh viên nhận thấy ô sàn thuộc tầng điển hình giới hạn bởi trục B,C và 1, 4 có tổng chiều dài tường xây trên sàn (tường dày 100mm) lớn nhất, xấp xỉ lt = 9m
- S: là diện tích ô sàn xét có chiều dài tường xây trên sàn có tổng chiều dài tường xây lớn nhất, (ô sàn đang xét có diện tích 2
- t: là trọng lượng riêng của tường, t = 18 (kN/m3) đối với tường dày 100mm, t =
36 (kN/m3) đối với tường dày 200mm
Theo TCVN 2737:1995, hoạt tải được xác định dựa trên công năng các phòng:
Bảng 4 7: Hoạt tải tác dụng lên sàn
Hoạt tải tiêu chuẩn kN/m2
Hệ số vượt tải
n
Hoạt tải tính toán kN/m2
Trang 294.3 Xác định nội lực
4.3.1 Mô hình phân tích
Sự phân bố tải tác dụng lên sàn phụ thuộc và công năng sử dụng của các căn hộ trên sàn, do sự phân bố này phức tạp nên việc xác định nội lực trong sàn sẽ sử dụng phương pháp
phần tử hữu hạn để tính toán, thông qua hai phần mềm của hãng CSI là ETABS 9.7.4 và phần mềm SAFE v12.3.2
Để có sự làm việc đúng với thực tế, sinh viên mô hình khung trước bằng phần mềm ETABS sau đó sẽ xuất sàn điển hình thiết kế sang phần mềm SAFE
Lấy sàn điển hình cao nhất tính toán vì độ lớn cột giảm thì nhịp sàn sẽ tăng (tính cho trường hợp bất lợi nhất)
Các giá trị tải trọng được gán vào sàn như sau:
- Trọng lượng bản thân kết cấu (phần mềm SAFE tự tính)
- Tĩnh tải các lớp cấu tạo (quy về giá trị tiêu chuẩn)
- Tải tường trong diện tích sàn được quy về phân bố đều trên sàn, còn các tường nằm trên dầm thì được gán trực tiếp lên dầm
- Hoạt tải tiêu chuẩn phân bố đều trên sàn
Tổ hợp tải trọng:
- Tổ hợp thiết kế: Tĩnh tải tính toán + Hoạt tải tính toán
Hình 4 2: Mô hình sàn trong SAFE
Trang 30Hình 4 3: Tĩnh tải tiêu chuẩn các lớp cấu tạo sàn
Hình 4 4: Hoạt tải I phân bố đều trên sàn
Trang 31Hình 4 5: Hoạt tải II phân bố đều trên sàn
4.3.2 Kết quả mô hình phân tích
Sau khi chạy mô hình phân tích trong SAFE, phần mềm cho ra kết quả là momen phân bố trên sàn theo mét dài Để tự động hoá trong thiết kế thép bằng Excel, sinh viên dùng chức năng chia dải sàn thành các STRIP có trong chương trình Bản chất của chức năng này là quy các giá trị nội lực trên sàn lại thành nội lực của một bản dầm tương đương
có bề rộng bằng bề rộng của dải STRIP và chiều cao dầm bằng bề dày sàn
Vì thế, khi chia STRIP cần chú ý chia sao cho các giá trị nội lực tương đối gần nhau nằm trong một dải STRIP Ở đây, ta dựa vào dải màu khi hiện moment M11 và M22 của bản sàn mà ta chia các dải STRIP theo vùng màu gần nhau
Trang 32Hình 4 6: Dải Strip theo phương X
Hình 4 7: Dải Strip theo phương Y
Trang 33Hình 4 8: Moment theo dải Strip theo phương X
Hình 4 9: Moment theo dải Strip theo phương Y
Trang 344.4 Kiểm tra độ võng
Trong việc thiết kế, việc tính toán kiểm tra độ võng sàn trở thành yêu cầu cần thiết để đảm bảo tính kinh tế với các tình huống sau:
- Chiều dài nhịp lớn
- Tải trọng lớn, rất hay gặp đối với các sàn nhà dân dụng (landscape tầng 1, sàn mái
đỡ thiết bị cơ điện nặng…)
- Tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn thứ 2 (không có hệ số vượt tải)
- Sự xuất hiện của vết nứt trong bê tông khi chịu lực, dẫn tới giảm độ cứng kết cấu
và làm tăng độ võng
4.4.1 Kiểm tra độ võng tức thời
Độ võng này lớn nhất tại vị trí ô sàn giới hạn bởi trục C-D và trục 2-3 Với nhịp lớn nhất tại đó là 9m và giá trị độ võng là 9.3mm
b
R0.05%
Trang 355.1.1 Vật liệu
Sử dụng bê tông cấp độ bền B30 có:
- Cường độ chịu nén dọc trục: Rb = 17 MPa
- Cường độ chịu kéo dọc trục: Rb = 1.15 MPa
- Mô đun đàn hồi: Eb = 32500 MPa
Cốt thép loại AI (đối với cốt thép có Ø < 10) có:
- Cường độ chịu kéo: Rs = 225 MPa
- Cường độ chịu nén: Rsc = 225 MPa
- Cường độ tính toán cốt ngang: Rsw = 175 MPa
- Mô đun đàn hồi: Es = 210000 MPa
Cốt thép loại AII (đối với cốt thép có Ø ≥10) có:
- Cường độ chịu kéo: Rs = 280 MPa
- Cường độ chịu nén: Rsc = 280 MPa
- Mô đun đàn hồi: Es = 210000 MPa
5.1.2 Kích thước sơ bộ
- Tính toán cầu thang điển hình Tầng 10 và bố trí cầu thang cho Tầng 2 – Tầng 20
- Cầu thang điển hình của công trình này là loại cầu thang 2 vế dạng bản
- Vế 1 gồm 15 bậc thang với kích thước: h=150mm ; b=300mm
tan 0, 5 26, 57
300
h b
- Chọn chiều dày bản thang:
+ Xem bản thang làm việc giống sàn một phương, ta có L = 4 m
Trang 37Hình 5 3: Các lớp cấu tạo cầu thang
Chiều dày tương đương các lớp cấu tạo:
- Lớp đá hoa cương, vữa xi măng: b b
b
l h
cosl
=
- Bản BTCT, vữa trát: = td i
Trang 38tải (kN/m 3 ) (m) (m) (kN/m 2 ) (kN/m 2 )
Tra Bảng 3, TCVN 2737:1995 “Tải trọng và tác động, tiêu chuẩn thiết kế”, xác
định được hoạt tải tác dụng lên cầu thang pc = 2 (kN/m2), hệ số vượt tải np = 1.2
Hoạt tải phân bố đều lên bản chiếu nghỉ:
- Trong trường hợp nếu liên kết giữa bản thang với dầm chiếu nghỉ được xem
là ngàm thì dẫn đến thiếu thép bụng và dư thép gối → kết cấu bị phá hoại do thiếu thép tại bụng bản thang
- Trong trường hợp nếu liên kết giữa bản thang với dầm chiếu nghỉ được xem là khớp thì dẫn đến thiếu thép gối và dư thép bụng → kết cấu không bị phá hoại mà chỉ gây nứt tại gối (do thiếu thép gối) và trở dần về sơ đồ khớp
Tuy nhiên trong thực tế thì nếu cầu thang bị nứt tại gối thì dẫn đến các lớp gạch lót
sẽ bong nên không cho phép nứt cầu thang trong thiết kế Mặt khác trong kết cấu nhà nhiều tầng thì cột và dầm được thi công từng tầng, bản thang là kết cấu độc lập được thi công sau cùng Chính vì vậy, rất khó đảm bảo độ ngàm cứng của bản thang và dầm thang (việc này rất hay xảy ra trong quá trình thi công ngoài công trường)
Cầu thang bộ là một trong những hệ thống giao thông đứng trong công trình, khi xảy
ra sự cố bất thường như cháy nổ, hoả hoạn, động đất… thì nơi đây chính là lối thoát hiểm duy nhất (thang máy sẽ không được dùng trong những trường hợp này), và khi đó tải trọng
Trang 39Từ những phân tích trên, để tính toán thiên về an toàn và đảm bảo khả năng sử dụng khi công trình chịu tải bất lợi nhất, cũng như đảm bảo tính thẩm mỹ của cầu thang trong giai đoạn sử dụng Sinh viên chọn sơ đồ 1 đầu khớp, 1 đầu di động đề tính toán nhưng vẫn
bố trí thép cấu tạo trên gối để chống nứt cho cầu thang
Nội lực trong bản thang được xác định bằng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm ETABS 9.7.1 Cắt dải bản có bề rộng 1m để tính
Hình 5 5: Biểu đồ moment của bản thang Hình 5 4: Mô hình chất tải cầu thang trong ETABS
Trang 40Vì nội lực ở hai vế bản thang là như nhau nên sinh viên tính cho vế 1 rồi lấy kết quả tương tự cho vế còn lại Ở vị trí gần gối tựa của bản thang nghiêng và vị trí nhịp của chiếu nghỉ có moment rất bé, để thiêng về an toàn, sinh viên vẫn bố trí thép cấu tạo Ø10a200