Đồ án công trình tòa nhà chung cư cao cấp trung hòa nhân chính

Loại kết cấu này có ưu điểm là có không gian lớn, bố trí mặt bằng linhhoạt, có thể đáp ứng đầy đủ yêu cầu sử dụng công trình, tuy nhiên độ cứng ngang nhỏ,khả năng chống lại tác động của

PhÇn kÕt cÊu

( 45% )

Giáo viên hướng dẫn : Hà Huy Liệu Sinh viên thực hiên : Đỗ Đình Đương Lớp : 50XD4

I- GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG

1 Đặc điểm thiết kế kết cấu nhà cao tầng

Về mặt kết cấu mặt kết cấu, một ngôi nhà được xem là cao tầng khi mà độ bền vững

và chuyển vị của nó do tải trọng ngang quyết định Từ nhà thấp tầng đến nhà cao tầng

có một sự chuyển tiếp quan trọng từ phân tích tĩnh học sang phân tích động học Thiết

kế nhà cao tầng so với nhà thấp tầng đặt ra một nhiệm vụ quan trọng cho kĩ sư kết cấutrong việc lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực cho công trình Việc chọn các hệ kết cấuchịu lực khác nhau, có liên quan chặt chẽ đến các vấn đề về bố trí mặt bằng, hình khối,

độ cao các tầng, yêu cầu kĩ thuật thi công, tiến độ thi công, giá thành xây dựng Nhàcàng cao thì các yếu tố sau đây càng quan trọng:

- Ảnh hưởng của tải trọng ngang do gió và động đất

- Chuyển vị ngang tải đỉnh nhà và chuyển vị lệch giữa các mức tầng nhà

sử dụng lớn, chiều cao nhà lớn (nhà siêu cao tầng), hoặc đối với các kết cấu nhịp lớn

như nhà thi đấu, mái sân vận động, nhà hát, viện bảo tàng (nhóm các công trình côngcộng)…

Bêtông cốt thép là loại vật liệu được sử dụng chính cho các công trình xây dựng trênthế giới Kết cấu bêtông cốt thép khắc phục được một số nhược điểm của kết cấu thépnhư thi công đơn giản hơn, vật liệu rẻ hơn, bền với môi trường và nhiệt độ, ngoài ra nótận dụng được tính chịu nén rất tốt của bêtông và tính chịu kéo của cốt thép nhờ tínhchất làm việc chung giữa chúng Tuy nhiên vật liệu bêtông cốt thép sẽ đòi hỏi kíchthước cấu kiện lớn, tải trọng bản thân của công trình tăng nhanh theo chiều cao khiếncho việc lựa chọn các giải pháp kết cấu để xử lý là phức tạp

3 Giải pháp về hệ kết cấu chịu lực :

3.1.1 Kết cấu khung: bao gồm hệ thống cột và dầm vừa chịu tải trọng đứng vừa chịu

tải trọng ngang Loại kết cấu này có ưu điểm là có không gian lớn, bố trí mặt bằng linhhoạt, có thể đáp ứng đầy đủ yêu cầu sử dụng công trình, tuy nhiên độ cứng ngang nhỏ,khả năng chống lại tác động của tải trọng ngang kém, hệ dầm thường có chiều cao lớn

nên ảnh hưởng đến công năng sử dụng và tăng chiều cao nhà Các công trình sử dụng

kết cấu khung thường là những công trình có chiều cao không lớn, với khung BTCT

không quá 20 tầng, với khung thép cũng không quá 30 tầng.

3.1.2 Kết cấu vách cứng: là hệ thống các vách vừa chịu tải trọng đứng vừa chịu tải

trọng ngang Loại kết cấu này có độ cứng ngang lớn, khả năng chống lại tải trọng nganglớn, khả năng chịu động đất tốt Nhưng do khoảng cách của tường nhỏ, không gian củamặt bằng công trình nhỏ, việc sử dụng bị hạn chế, kết cấu vách cứng còn có trọnglượng lớn, độ cứng kết cấu lớn nên tải trọng động đất tác động lên công trình cũng lớn

và đây là đặc điểm bất lợi cho công trình chịu tác động của động đất Loại kết cấu nàyđược sử dụng nhiều trong công trình nhà ở, công sở, khách sạn

3.1.3 Kết cấu lõi cứng: là hệ kết cấu bao gồm 1 hay nhiều lõi được bố trí sao cho tâm

cứng càng gần trọng tâm càng tốt Các sàn được đỡ bởi hệ dầm công xôn vươn ra từ lõicứng

3.1.4 Kết cấu ống: là hệ kết cấu bao gồm các cột dày đặc đặt trên toàn bộ chu vi công

trình được liên kết với nhau nhờ hệ thống dầm ngang Kết cấu ống làm việc nói chungtheo sơ đồ trung gian giữa sơ đồ công xôn và sơ đồ khung Kết cấu ống có khả năngchịu tải trọng ngang tốt, có thể sử dụng cho những công trình cao đến 60 tầng với kếtcấu ống BTCT và 80 tầng với kết cấu ống thép Nhược điểm của kết cấu loại này là cáccột biên được bố trí dày đặc gây cản trở mỹ quan cũng như điều kiện thông thoáng củacông trình

3.2 Các dạng kết cấu hỗn hợp

3.2.1 Kết cấu khung - giằng: là hệ kết cấu kết hợp giữa khung và vách cứng, lấy ưu

điểm của loại này bổ sung cho nhược điểm của loại kia, công trình vừa có không gian

sử dụng tương đối lớn, vừa có khả năng chống lực bên tốt Vách cứng trong kết cấu này

có thể bố trí đứng riêng, cũng có thể lợi dụng tường thang máy, thang bộ, được sử dụngrộng rãi trong các loại công trình

3.2.2 Kết cấu ống - lõi: kết cấu ống sẽ làm việc hiệu quả hơn khi bố trí thêm các lõi

cứng ở khu vực trung tâm Các lõi cứng ở khu vực trung tâm vừa chịu một lượng lớn tảitrọng đứng vừa chịu một lượng lớn tải trọng ngang Xét về độ cứng theo phương ngangthì kết cấu ống có độ cứng lớn hơn nhiều so với kết cấu khung Lõi cứng trong ống cóthể là do các tường cứng liên kết với nhau tạo thành lõi hoặc là các ống có kích thướcnhỏ hơn ống ngoài Trường hợp thứ 2 còn được gọi là kết cấu ống trong ống Tương tácgiữa ống trong và ống ngoài có đặc thù giống như tương tác giữa ống và lõi cứng trungtâm

3.2.3 Kết cấu ống tổ hợp: trong một số nhà cao tầng, ngoài kết cấu ống người ta còn

bố trí thêm các dãy cột khá dày ở phía trong để tạo thành các vách theo cả 2phương.Kết quả là đã tạo ra một dạng kết cấu giống như chiếc hộp gồm nhiều ngăn có

độ cứng lớn theo phương ngang Kết cấu được tạo ra theo cách này gọi là kết cấu ống tổhợp Kết cấu ống tổ hợp thích hợp cho các công trình có mặt bằng lớn và chiều cao lớn.Kết cấu ống tổ hợp cũng có những nhược điểm như kết cấu ống, ngoài ra, do sự có mặtcủa các vách bên trong nên phần nào ảnh hưởng đến công năng sử dụng của công trình

3.2.3 Các dạng kết cấu đặc biệt

3.3.1 Kết cấu có hệ dầm truyền: chân tường dọc ngang của vách cứng không kéo dài

tới đáy tầng 1 hoặc một số tầng phía dưới mà đặt lên khung đỡ phía dưới Loại kết cấunày có thể đáp ứng yêu cầu không gian lớn ở tầng dưới như cửa hàng, khách sạn, lại cókhả năng chống tải trọng ngang tương dối lớn Do đó loại hình kết cấu này được sửdụng nhiều ở nhà cao tầng mà tầng dưới làm của hàng hay nhà hàng

3.3.2 Kết cấu có các tầng cứng: trong kết cấu ống-lõi, mặc dù cả ống và lõi đều được

xem như các công xôn ngàm vào đất để cùng chịu tải trọng ngang, nhưng do các dầmsàn có độ cứng nhỏ nên hầu như tải trọng ngang do lõi cứng gánh chịu Hiện tượngnàylàm cho kết cấu ống làm việc không hiệu quả Vấn đề này được khắc phục nếu nhưtại vị trí một số tầng, người ta tạo ra các dầm hoặc giàn có độ cứng lớn nối lõi trong vớiống ngoài Dưới tác dụng của tải trọng ngang, lõi cứng bị uốn làm cho các dầm này bịchuyển vị theo phương thẳng đứng và tác dụng lên các cột của ống ngoài các lực theophương thẳng đứng Mặc dầu các cột có độ cứng chống uốn nhỏ, song độ cứng dọc trục

lớn đã cản trở sự chuyển vị của các dầm cứng và kết quả là chống lại chuyển vị ngangcủa cả công trình.

Trong thực tế, các dầm này có chiều cao bằng cả tầng nhà và được bố trí tại tầng kĩthuật nên còn được gọi là các tầng cứng

3.3.3 Kết cấu có hệ giằng liên tầng: là hệ kết cấu có hệ thống khung bao quanh nhà

nhưng không thuần túy tạo thành kết cấu ống mà được bổ sung một hệ giằng chéothông nhiều tầng, gọi là hệ giằng liên tầng Hệ thống giằng liên tầng này có đặc điểmlàlàm cho hệ khung biên làm việc gần như một hệ giàn các cột và dầm của khung biêngần như chỉ chịu lực dọc trục Ưu điểm của hệ kết cấu này là có độ cứng lớn theophương ngang, thích hợp với những ngôi nhà siêu cao tầng Ngoài ra hệ giằng liên tầng

có ưu điểm là khôngảnh hưởng nhiều đến công năng của công trình như hệ giằng chéochỉ bố trí trong 1 tầng, hệ thống cột không đặt dày đặc như kết cấu ống thuần túy Đây

là một giải pháp kết cấu hiện đại, đang được thế giới quan tâm

3.3.4 Kết cấu có hệ khung ghép: đặc điểm khác biệt giữa hệ khung ghép và khung

bình thường là:

- Khung bình thường do các cột và dầm tạo thành, các dầm và cột đều đồng thời chịutác động của tải trọng đứng và tải trọng ngang Nói chung, tình trạng chịu lực của cáccấu kiện gần như nhau, do đó vật liệu cũng gần như vậy

- Khung ghép được cấu tạo theo cách liên kết một số tầng và một số nhịp, thường cókích thước và tiết diện lớn Khung ghép thường có độ cứng lớn, là kết cấu chịu lựcchính của công trình Khung tầng trong hệ kết cấu này được xem là hệ kết cấu thứ cấpchủ yếu là để truyền các tải trọng đứng lên hệ khung ghép Trong một số trường hợp tạicác tầng trên có thể bỏ hệ khung tầng để tạo ra không gian lớn

Kết cấu khung ghép thích hợp cho những ngôi nhà siêu cao tầng và hiện nay đang đượcthế giới quan tâm

4 Phân tích lựa chọn phương án kết cấu tổng thể

Trên cơ sở đề xuất các phương án về vật liệu và hệ kết cấu chịu lực chính như trên, vớiquy mô của công trình “ Chung cư và Trung tâm Thương mại ” gồm 18 tầng thân, tổngchiều cao 66.00m, phương án kết cấu tổng thể của công trình được chọn như sau:

- Vât liệu:

Như phân tích ở trên (I.2), bê tông cốt thép là vật liệu đã và đang được dùng phổ biến ởnước ta trong xây dựng nhà cao tầng Công trình “Chung cư và Trng tâm Thương mại ”

18 tầng, thích hợp đối với vật liệu bê tông cốt thép Chọn bê tông cốt thép làm vật liệucho kết cấu công trình

Do yêu cầu cường độ cao cho kết cấu nhà cao tầng cũng như sàn bêtông cốt thép, chọn

bê tông B25 (Rb = 145kG/cm2; Rbt = 10,5kG/cm2) Cốt thép chịu lực nhóm AIII (Rs =3600kG/cm2)

- Hệ kết cấu chiu lực: Căn cứ vào bản vẽ thiết kế kiến trúc, căn cứ vào các phân tích

ưu nhược điểm của từng hệ kết cấu trên đây, chọn sử dụng hệ kết cấu khung - lõi chịulực với sơ đồ khung giằng Trong đó, hệ thống lõi vách được bố trí ở khu vực thangmáy và thang bộ, chịu một phần tải trọng ngang tác dụng vào công trình và phần tảitrọng đứng tương ứng với diện chịu tải của lõi; hệ khung bao gồm các hàng cột (liên kếtvới sàn) bố trí theo các trục chính, chịu một phần tải trọng ngang và một phần tải trọngđứng tương ứng với diện chịu tải của nó

II- PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU SÀN

1 Đề xuất phương án kết cấu sàn :

- Công trình có bước cột khá lớn theo 2 phương (B = 8m), các phương án kết cấu sànphù hợp là:

+ Sàn sườn toàn khối

+ Sàn dày sườn (sàn ô cờ)

+ Sàn phẳng BTCT ứng lực trước

- Dưới đây đi vào phân tích ưu nhược điểm của từng loại phương án kết cấu sàn để từ

đó lựa chọn ra loại kết cấu phù hợp nhất về kinh tế, kỹ thuật, khả năng thiết kế và thicông công trình

1.1 Phương án sàn sườn toàn khối BTCT :

- Cấu tạo hệ kết cấu sàn bao gồm hệ dầm chính phụ và bản sàn

- Ưu điểm: Lý thuyến tính toán và kinh nghiệm tính toán khá hoàn thiện, thi công đơngiản, được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi công phong phú nên thuận tiệncho việc lựa chọn phương tiện thi công Chất lượng đảm bảo do đã có nhiều kinhnghiệm thiết kế và thi công trước đây

- Nhược điểm: Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn rất lớn khi vượt khẩu độ lớn, hệdầm phụ bố trí nhỏ lẻ với những công trình không có hệ thống cột giữa, dẫn đến chiềucao thông thuỷ mỗi tầng thấp hoặc phải nâng cao chiều cao tầng không có lợi cho kếtcấu khi chịu tải trọng ngang Không gian kiến trúc bố trí nhỏ lẻ, khó tận dụng Quátrình thi công chi phí thời gian và vật liệu lớn cho công tác lắp dựng ván khuôn

1.2 Phương án sàn dày sườn BTCT :

- Cấu tạo hệ kết cấu sàn bao gồm hệ dầm vuông góc với nhau theo hai phương, chia bảnsàn thành các ô bản kê bốn cạnh có nhịp bé, theo yêu cầu cấu tạo khoảng cách giữa cácdầm vào khoảng 3m Các dầm chính có thể làm ở dạng dầm bẹt để tiết kiệm không gian

sử dụng trong phòng

- Ưu điểm: Tránh được có quá nhiều cột bên trong nên tiết kiệm được không gian sửdụng và có kiến trúc đẹp , thích hợp với các công trình yêu cầu thẩm mỹ cao và khônggian sử dụng lớn như hội trường, câu lạc bộ Khả năng chịu lực tốt, thuận tiện cho bố trímặt bằng

- Nhược điểm: Không tiết kiệm, thi công phức tạp Mặt khác, khi mặt bằng sàn quárộng cần phải bố trí thêm các dầm chính Vì vậy, nó cũng không tránh được những hạnchế do chiều cao dầm chính phải lớn để giảm độ võng Việc kết hợp sử dụng dầm chínhdạng dầm bẹt để giảm chiều cao dầm có thể được thực hiện nhưng chi phí cũng sẽ tăngcao vì kích thước dầm rất lớn

1.3 Phương án sàn không dầm ứng lực trước :

- Cấu tạo hệ kết cấu sàn bao gồm các bản phẳng kê trực tiếp lên cột (có mũ cột hoặckhông)

- 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

+ Tiến độ thi công sàn ƯLT (6 - 7 ngày/1 tầng/1000m2 sàn) nhanh hơn so với thi côngsàn BTCT thường

+ Do có thiết kế điển hình không có dầm giữa sàn nên công tác thi công ghép vánkhuôn cũng dễ dàng và thuận tiện từ tầng này sang tầng khác do ván khuôn được tổ hợpthành những mảng lớn, không bị chia cắt, do đó lượng tiêu hao vật tư giảm đáng kể,năng suất lao động được nâng cao

+ Khi bêtông đạt cường độ nhất định, thép ứng lực trước được kéo căng và nó sẽ chịutoàn bộ tải trọng bản thân của kết cấu mà không cần chờ bêtông đạt cường độ 28 ngày

Vì vậy thời gian tháo dỡ cốt pha sẽ được rút ngắn, tăng khả năng luân chuyển và tạođiều kiện cho công việc tiếp theo được tiến hành sớm hơn.

+ Làm tăng độ cứng của kết cấu, do vậy giảm được kích thước tiết diện, giảm đượctrọng lượng bản thân kết cấu và vượt được các khẩu độ lớn

+ Có khả năng khống chế sự hình thành vết nứt và độ võng

+ Tiết kiệm được vật liệu bê tông và thép do việc sử dụng vật liệu cường độ cao

+ Do sàn phẳng nên bố trí các hệ thống kỹ thuật như điều hoà trung tâm, cung cấpnước, cứu hoả, thông tin liên lạc được cải tiến và đem lại hiệu quả kinh tế cao

- Nhược điểm:

+ Tính toán tương đối phức tạp, mô hình tính mang tính quy ước cao, đòi hỏi nhiềukinh nghiệm vì phải thiết kế theo tiêu chuẩn nước ngoài

+ Thi công phức tạp đòi hỏi quá trình giám sát chất lượng nghiêm ngặt

+ Thiết bị và máy móc thi công chuyên dùng, đòi hỏi thợ tay nghề cao Giá cả đắt vànhững bất ổn khó lường trước được trong quá trình thiết kế, thi công và sử dụng

2 Lựa chọn phương án kết cấu sàn :

Em lựa chọn phương án kết cấu sàn sườn toàn khối BTCT để thuận tiện cho việc thicông sau này

III LẬP CÁC MẶT BẰNG KẾT CẤU, ĐẶT TÊN CHO CÁC CẤU KIỆN, LỰA CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CÁC CẤU KIỆN.

1.

Lập các mặt bằng kết cấu và đặt tên cho các cấu kiện

Việc đặt tên cho các cấu kiện trên mặt bằng kết cấu dựa trên cơ sở là vị trí cấu kiện vàđặc điểm làm việc của cấu kiện Những cấu kiện nằm ở cùng tầng, có vị trí và đặc điểmlàm việc giống nhau thì có tên giống nhau

Chi tiết xem ở cỏc bản vẽ cỏc mặt bằng kết cấu cỏc tầng.

2 Lựa chọn sơ bộ kớch thước cỏc cấu kiện

a Chiều dày sàn:

Chọn ô bản tầng 1,2 có kích thớc lớn nhất: 4,3 x 4,3 (m2)

Chọn chiều dày bản sàn theo công thức:

hb= l m

1,1.4.3 0,11( )42

b.1 Tiết diện dầm cú sàn phẳng ứng lực trước:

Căn cứ vào bản vẽ kiến trúc, bớc cột và công năng sử dụng của công trình màchọn giải pháp bố chí dầm phù hợp Với điều kiện kiến trúc tầng nhà cao 3,3 m trong

đó nhịp 8 m với phơng án kết cấu BTCT thông thờng thì chọn kích thớc dầm hợp lý là

điều quan trọng, cơ sở chọn tiết diện là từ các công thức giả thiết tính toán sơ bộ kíchthớc Từ căn cứ trên ta sơ bộ chọn kích thớc dầm nh sau:

- Dầm biờn: yờu cầu cú độ cứng lớn để đảm bảo độ cứng tổng thể cho cụng trỡnh Chọntheo yờu cầu kiến trỳc bxh = 400x600mm

- Cỏc dầm đỡ ban cụng, theo thiết kế kiến trỳc, chọn bxh = 250x600mm

- Cỏc dầm đỡ cầu thang: bxh = 250x300mm

b.2 Tiết diện dầm cỏc sàn tầng hầm 1, sàn tầng 1 và sàn tầng kỷ thuật.

Do yêu cầu thông thủy, chiều cao tầng thấp và yêu cầu kiến trúc nên ta sử dụng cácdầm bẹt có kích thước là:

 Trong đó: F : Diện tích tiết diện cột

k : Hệ số kể đến ảnh hưởng của sự lệch tâm (0.9 – 1.5)

Rb: Cường độ chịu nén tính toán của bêtông (B25 có Rb = 1450 T/m2)

N : Lực nén tác dụng lên cột (T), sơ bộ xác định bằng N n.S.q , với

n : Số tầng của công trình

S : Diện tích truyền tải tới cột

q : Tải trọng sơ bộ tác dụng lên 1m2 sàn (q = 1.0 ÷ 1.4 T/m2)

Dự kiến sẽ thay đổi tiết diện cột 3 lần

-Từ tầng hầm-6

- Xét cột các trục A, B, C, D, E:

Diện tích truyền tải lớn nhất của cột: S = 8.5*8.5 = 72.25 m2

Với phương án sàn không dầm, chọn q=1.1 T/m2

Với cột tầng hầm đến tầng kĩ thuật (tầng 6), diện tích tiết diện sơ bộ tính theo tầng hầm:

Chọn sơ bộ tiết diện cột 1.3m*1.3m = 1.69 m2

Kiểm tra điều kiện ổn định của cột:

Do cột có tiết diện chữ nhật nên kiểm tra điều kiện ổn định của cột theo ct:

  0 0

b

l

:Trong đó l0 là chiều dài tính toán Đây là kết cấu khung nhà nhiều tầng có liên kết cứnggiữa dầm và cột, kết cấu đổ toàn khối, khung có 3 nhịp trở lên nên

l0 = 0.7*l = 0.7* 5.5 =3.85 m (5.5m: chiều cao của cột tầng 4, tầng có chiều cao lớnnhất)

- Cột trục G chọn tiết diện giống cột trục F

- Tính tiết diện cột trục F

Diện tích truyền tải lớn nhất của cột: S = 8.5*8.5 = 72.25 m2

.Với phương án sàn không dầm, chọn q=1.1 T/m2

- Từ tầng 6-16

Diện tích truyền tải lớn nhất của cột: S = 8.5*8.5 = 72.25 m2

Với phương án sàn không dầm, chọn q=1.1 T/m2

Với cột tầng 7-16, tiết diện cột tầng trên bằng tiết diện cột tầng 7 Diện tích tiết diện sơ

bộ tính theo tầng 7:

Chọn sơ bộ tiết diện cột 1.1m*1.1m = 1.21 m2.

Kiểm tra điều kiện ổn định của cột:

Do cột có tiết diện chữ nhật nên kiểm tra điều kiện ổn định của cột theo ct:

  0 0

b

l

:Trong đó l0 là chiều dài tính toán Đây là kết cấu khung nhà nhiều tầng có liên kết cứnggiữa dầm và cột, kết cấu đổ toàn khối, khung có 3 nhịp trở lên nên

l0 = 0.7*l = 0.7* 3.2 =2.59 m (3.7m: chiều cao của cột tầng mái, tầng có chiều cao lớnnhất)

Diện tích truyền tải lớn nhất của cột: S = 8.5*8.5 = 72.25 m2

Với phương án sàn không dầm, chọn q=1.1 T/m2

Với cột tầng 17-mái, tiết diện cột tầng trên bằng tiết diện cột tầng 17 Diện tích tiết diện

Chọn sơ bộ tiết diện cột 0.9 m* 0.9 m =0.81 m2

Kiểm tra điều kiện ổn định của cột:

Do cột có tiết diện chữ nhật nên kiểm tra điều kiện ổn định của cột theo ct:

  0 0

b

l

:Trong đó l0 là chiều dài tính toán Đây là kết cấu khung nhà nhiều tầng có liên kết cứnggiữa dầm và cột, kết cấu đổ toàn khối, khung có 3 nhịp trở lên nên

l0 = 0.7*l = 0.7* 3.7 =2.59 m (3.7m: chiều cao của cột tầng mái, tầng có chiều cao lớnnhất)

0

2.59

0.9

     tiết diện cột đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định

- Riêng các cột trục A-3 và A-4:

Theo thiết kế kiến trúc, cạnh dài tiết diện là 2m Cạnh ngắn tiết diện tính theo công thứcdiện tích tiết diện yêu cầu: 1.62/2 = 0.81m Chọn tiết diện cột là 2m*0.8m từ tầng hầmđến tầng 6, 2m*0.6m từ tầng 7 đến tầng mái.

Chọn chiều dày lõi bằng chiều dày lõi các tầng dưới  l 400mm

Chọn kích thước vách lớn để tăng độ cứng của nhà Vì nhà cao tầng lớn và không cócách phụ ngoài vách thang máy

- Chọn chiều dài vách phải thỏa mãn điều kiện l  ht/2 và l  5t.

Bố trí vách theo mặt bằng kết cấu ta thấy thỏa mãn điều kiện về chiều dài vách

Từ tiết diện sơ bộ vừa chọn ta có mặt bằng kết cấu các tầng

Với n là hệ số tin cậy của các tải trọng n được xác định theo TCVN 2737-95

(n= 1.3 cho các công việc thực hiện thủ công, n=1.1 cho các công việc còn lại)

qtc đơn

2 lớp gạch lá nem dày 0.02*2 KG/m2 1800 72 1.1 79.2

2 lớp vữa lót dày 0.02*2 KG/m2 1800 72 1.3 93.6Lớp chống nóng, bọt xốp KG/m2 1000 60 1.1 66

Bê tông chống thấm dày 0.04 KG/m2 2200 88 1.1 96.8

Tường ngăn 110 cao 3.0m

Lớp gạch đặc dày 110 KG/m 1300 429 1.1 471.9Vữa trát dày 2x0.015m KG/m 1800 167.4 1.3 217.62Tổng (nhân thêm hệ số lỗ cửa

Tường ngăn 220 cao 3.45m Đơn vị qtc Đơn gtc n gtt

TKT vị

Lớp gạch đặc dày 220 KG/m 1300 986.7 1.1 1085.37Vữa trát dày 2x0.015m KG/m 1800 186.3 1.3 242.19Tổng (nhân thêm hệ số lỗ cửa

Tường bao 300 cao 3.45m

Lớp gạch đặc dày 300 KG/m 1300 1345.5 1.1 1480.05Vữa trát dày 2x0.015m KG/m 1800 186.3 1.3 242.19Tổng (nhân thêm hệ số lỗ cửa

Kính thủy tinh dày 0.01m KG/m 2000 77 1.1 84.70

Bỏ qua trong tính toán

Tường ngăn 220 cao 4.25m

qtc Đơn

Lớp gạch đặc dày 220 KG/m 1300 1215.5 1.1 1337.05Vữa trát dày 2x0.015m KG/m 1800 229.5 1.3 298.35

Tường lan can 220 cao 1.4m

Lớp gạch đặc dày 110 KG/m 1300 400.4 1.1 440.44Vữa trát dày 2x0.015m KG/m 1800 75.6 1.3 98.28Tổng (nhân thêm hệ số lỗ 0.5) KG/m 238 269.36

Tường vách kính cao 3.5m

Kính thủy tinh dày 0.01m KG/m 2000 70 1.1 77.00

Bỏ qua trong tính toán

Tường bao 330 cao 4.9m T4 Đơn vị qtc Đơnvị gtc n gtt

Lớp gạch đặc dày 330 KG/m 1300 2102.1 1.1 2312.31Vữa trát dày 2x0.015m KG/m 1800 264.6 1.3 343.98Tổng (nhân thêm hệ số lỗ cửa

Tường bao 330 cao 3.9m

Lớp gạch đặc dày 330 KG/m 1300 1673.1 1.1 1840.41Vữa trát dày 2x0.015m KG/m 1800 210.6 1.3 273.78Tổng (nhân thêm hệ số lỗ cửa

Tường ngăn 220 cao 4.3m

Lớp gạch đặc dày 220 KG/m 1300 1229.8 1.1 1352.78Vữa trát dày 2x0.015m KG/m 1800 232.2 1.3 301.86

Tường bao 220 cao 4.4m T1 Đơn vị qtc Đơnvị gtc n gtt

Lớp gạch đặc dày 330 KG/m 1300 1258.4 1.1 1384.24Vữa trát dày 2x0.015m KG/m 1800 237.6 1.3 308.88

Trừ các tải tường đặt trực tiếp lên dầm bao, các tải trọng tường phân bố theo chiều dàicòn lại được quy về tải phân bố đều theo diện tích trên sàn Tính toán quy đổi tải trọngtheo bảng sau:

- Tải tường quy đổi phân bố đều trên sàn tầng chung cư:

Loại tải trọng Giá trị(kG/m) Chiềudài (m) Tổng tải(kG) Diện tíchsàn (m2) Tải phânbố đều

(kG/m2)Tường ngăn 220 cao 3.0m

- Tải tường quy đổi phân bố đều trên sàn tầng kĩ thuật:

Loại tải trọng Giá trị

(kG/m)

Chiềudài (m)

Tổng tải(kG)

Diện tíchsàn (m2)

Tải phân

bố đều(kG/m2)Tường ngăn 220 cao

- Tải tường quy đổi phân bố đều trên sàn tầng 1 đến 5:

Loại tải trọng Giá trị(kG/m) Chiềudài (m) Tổng tải(kG) Diện tíchsàn (m2) Tải phânbố đều

(kG/m2)Tường ngăn 220 cao

2 Hoạt tải:

Dựa vào công năng sử dụng của các phòng và của công trình trong mặt bằng kiến trúc

và theo TCVN 2737-95 về tiêu chuẩn tải trọng và tác động, ta có số liệu hoạt tải chocác loại sàn sau:

- Trong nhà cao tầng, do xác suất xuất hiện hoạt tải ở tất cả các phòng và tất cả các tầng

là không xảy ra, do đó giá trị hoạt tải sử dụng được nhân với hế số giảm tải được quyđịnh trong TCVN 2737-1995

+ Đối với nhà ở, phòng ăn, WC, phòng làm việc hệ số giảm tải là:

1

1

/

6,04

,

0

A A

A A

 , với diện tích phòng A  A2 = 36 m2

-Với công trình này chỉ sử dụng hệ số giảm tải theo diện tích phòng, không dùng hế sốgiảm tải theo chiều cao tầng Hoạt tải cho các khu vực chức năng được nhập vào sơ đồtính riêng cho từng khu vực trên sàn và nhân với hế số giảm tải tương ứng

Ta có bảng tính giá trị hoạt tải phân bố đều trên sàn

Sàn

tầng Phòng chức năng

Diện tích (m2)

HT toàn phần (kG/m2)

HT dài hạn(k G/m2) n A1 A2

Ptt (kG/m2

1500000Tầng

1 KhoQuản lý 41109 200500 100500 1.21.2 0.68 11 0.79 474163 668351666

II Tải trọng ngang

1.Tải trọng gió

Tải trọng gió được xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737-95 và TCXD

229-1999 Tải trọng gió gồm hai thành phần: tĩnh và động Vì công trình có chiều cao lớn(H = 111.9m > 40.0m) nên phải kể đến thành phần gió động trong tính toán

1.1 Thành phần gió tĩnh

Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió tác dụng phân bố đều trên một đơn vịdiện tích được xác định theo công thức

Wtc=Wo.k.c; trong đó:

- n : hệ số tin cậy của tải gió n=1.2

-Wo: Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo bản đồ phân vùng áp lực gió Theo TCVN2737-95, khu vực Cầu Giấy- Hà Nội thuộc vùng II-B có Wo= 95 kG/m2

- k: Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao so với mốc chuẩn và dạng địahình, hệ số k tra theo bảng 5 TCVN 2737-95 Địa hình dạng B

- c: Hệ số khí động , lấy theo chỉ dẫn bảng 6 TCVN 2737-95, phụ thuộc vào hìnhkhối công trình và hình dạng bề mặt đón gió Theo sơ đồ 2 của bảng này: c =+0.8 với mặt đón gió và c = -0.6 với mặt khuất gió

Giả thiết rằng sàn vô cùng cứng trong mặt phẳng của nó và tải trọng gió đượctruyền về các mức sàn rồi được phân phối cho các kết cấu chịu lực ngang là hệkhung và hệ lõi Vì vậy ta có thể lấy hệ số khí động C= 0.8+0.6 =1.4 và dồn tảitrọng gió về phía đón gió

WtÇng= W.HctHct là chiều cao tầng thứ i

W là tải trọng gió tổng cộng của tải trọng gió đẩy và gió hút

- Wtcđ, Wtch : tải trọng gió đẩy và gió hút tiêu chuẩn tính theo công thức trên

Áp lực gió thay đổi theo độ cao của công trình Để đơn giản trong tính toán, coi áplực gió là phân bố đều trong khoảng nửa tầng dưới và nửa tầng trên của mức sàn, hệ

số k lấy là giá trị ứng với độ cao sàn Quy tải trọng gió tĩnh về các lực tập trung PGitác dụng vào vị trí tâm hình học của sàn i, gồm 2 thành phần gió đẩy (PGđi) và gióhút (PGhi)

PGi = PGđi + PGh i = n.hđg.Bđg.Wtc đ + n.hđg.Bđg.Wtch

= n.hđg.Bđg.(Wtcđ + Wtch), trong đó:

- n : hệ số tin cậy của tải gió n = 1.2

- hđg, Bđg: chiều cao và bề rộng đón gió của sàn tầng i

- Wtcđ, Wtch : tải trọng gió đẩy và gió hút tiêu chuẩn tính theo công thức trên Kết quả tính toán gió tĩnh theo 2 phương X, Y được lập thành bảng sau đây:

tm 93.1 1.49 1.132 0.849 4.5 3.70 34.32 42.607mai 97.6 1.5 1.140 0.855 3.0 4.50 31.601 39.232top 100.6 1.51 1.148 0.861 3.0 12.725 15.797

1.2 Thành phần gió động:

Theo TCXD 229-1999, thành phần động của tải trọng gió là lực do xung của vận tốcgió và lực quán tính của công trình gây ra Để tính được các lực này, trước hết cần xácđịnh các dao động riêng của công trình, so sánh tần số dao động riêng với tần số giớihạn fL để tiến hành các bước tính toán tiếp theo Bản chất của fL là mốc tần số dao động

mà qua đó cho phép kể đến hay không kể đến ảnh hưởng của lực quán tính tới thành

phần gió động Với sự hỗ trợ của phần mềm phân tích kết cấu ETABS, sử dụng sơ đồtính toán khung không gian để xác định dao động riêng của công trình Đồng thời qua

đó xác định các thông số cần thiết khác cho tính toán gió động như khối lượng các tầng

Mj (ở tầng thứ j), khối lượng hữu hiệu các tầng tham gia dao động riêng theo cácphương…

Theo TCXD 229 – 1999:

Khối lượng tham gia tính toán dao động riêng là [100% Tĩnh tải + k % Hoạt tải] Vớicông trình nhà chung cư, k = 50 đối với các hoạt tải tiêu chuẩn (người và đồ đạc – xácđịnh theo TCVN 2737-95) và k = 100 đối với bể chứa nước

+

) Các bước xác định tần số dao động riêng của công trình bằng ETABS 9.07

- Khởi động chương trình ETABS 9.07, khai báo đơn vị tính toán là (T, m)

- Thiết lập sơ đồ hình học không gian mô phỏng công trình thực tế: Các cột và dầm

được khai báo là các phần tử frame, các vách được khai báo là các phần tử wall, các ô sàn được khai báo là các phần tử slab.

- Chia nhỏ các ô sàn, các vách cứng (mesh shell), chia nhỏ các dầm đỡ tương ứng với ô sàn (divide line).

- Định nghĩa các trường hợp tải trọng (Load Cases) gồm Tĩnh tải (TT) và hoạt tải (HT),

tiến hành gán các tải trọng tương ứng với từng trường hợp tải này cho các tầng

- Tạo sàn cứng ở mỗi mức sàn (Rigid Diaphragm), xem sàn tuyệt đối cứng trong mặt

phẳng của nó nhằm giảm khối lượng tính toán cho ETABS

- Khai báo tải trọng tham gia quá trình phân tích dao động TT + 0.5*HT (define mass

source) Chú ý gán tải trọng bể nước mái vào tĩnh tải TT.

- Thiết lập các thông số phân tích động (Dynamic Analysis) hiển thị 12 Mode dao động

đầu tiên->chạy chương trình

Kết quả phân tích dao động được lấy từ Display Output và file.out của chương trìnhphân tích kết cấu:

Chu kì và tần số dao động riêng:

Tâm khối lượng, tọa độ tâm khối lượng và tọa độ tâm cứng

Story Diaphragm MassX MassY XCM YCM XCR YCRHAM 1 D1 587.6765 587.6765 27.067 31.5 28.529 33.607TANG 1 D2 552.9834 552.9834 26.798 31.947 29.497 33.27TANG 2 D3 357.624 357.624 25.841 34.638 25.299 39.411TANG 3 D4 350.99 350.99 25.846 34.574 25.309 39.498TANG 4 D5 353.1437 353.1437 25.813 34.653 25.421 39.405TANG 5 D6 343.3104 343.3104 25.92 34.577 25.592 39.275TANG KT D7 337.3089 337.3089 26.235 34.409 25.709 39.154TANG 6 D8 249.6075 249.6075 26.238 38.314 25.786 39.099TANG 7 D9 230.557 230.557 26.237 38.308 25.842 39.069TANG 8 D10 238.7866 238.7866 26.238 38.3 25.89 39.045TANG 9 D11 238.7866 238.7866 26.238 38.3 25.931 39.028TANG 10 D12 238.7866 238.7866 26.238 38.3 25.966 39.015TANG 11 D13 238.7866 238.7866 26.238 38.3 25.996 39.007TANG 12 D14 238.7866 238.7866 26.238 38.3 26.022 39.001TANG 13 D15 238.7866 238.7866 26.238 38.3 26.044 38.998TANG 14 D16 218.3198 218.3198 26.237 38.3 26.064 38.997TANG 15 D17 238.7866 238.7866 26.238 38.3 26.081 38.999TANG 16 D18 234.0486 234.0486 26.237 38.343 26.095 39.007TANG 17 D19 209.1433 209.1433 26.236 38.393 26.108 39.02TANG 18 D20 229.6101 229.6101 26.237 38.385 26.12 39.033TANG 19 D21 229.6101 229.6101 26.237 38.385 26.132 39.053TANG 20 D22 229.6101 229.6101 26.237 38.385 26.142 39.083TANG 21 D23 229.6101 229.6101 26.237 38.385 26.153 39.127TANG 22 D24 229.6101 229.6101 26.237 38.385 26.163 39.189TANG 23 D25 233.6405 233.6405 26.236 38.396 26.175 39.278TANG 24 D26 237.8285 237.8285 26.236 38.407 26.189 39.426TANG A.M D27 237.8285 237.8285 26.236 38.407 26.208 39.631

TANG MAI D28 187.2416 187.2416 26.242 38.327 26.235 39.854MAI D29 150.282 150.282 26.243 37.93 26.236 39.761TOP D30 46.2277 46.2277 26.25 38.3 26.237 39.723

Các mode dao động cùng chuyển vị theo các phương tương ứng: xem phụ lục

Nhận xét về kết quả phân tích kết cấu: Căn cứ vào tần số và chu kì dao động, ta thấy

có 3 Mode có tần số dao động nhỏ hơn tần số giới hạn fL

Các công trình bêtông cốt thép và gạch đá kể cả các công trình bằng khung bao che có

 , giá trị giới hạn của tần số dao động riêng tại vùng áp lực gió II là fL = 1,3 s-1 ,

Mode 1: thuộc dạng dao động thứ nhất theo phương Oy, f 1y = 0.346 s-1

Mode 2: thuộc dạng dao động thứ nhất theo phương Ox, f 1x = 0.384 s-1

Nguyên tắc tính toán: Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của gió tác dụng lên phần

thứ j (có độ cao ứng với dạng dao động riêng thứ i) xác định theo công thức:

Wp(ji) = Mj.i.i.yjiTrong đó:

- Mj: khối lượng tập trung của phần công trình thứ j

- i: hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên

- yji: dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng daođộng thứ i

- i: hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi mỗiphần tải trọng gió có thể coi như không đổi

 Xác định hệ số j:

Hệ số j được xác định bằng công thức:

W y

1 2

1

)(

)(

Với WFj: giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j củacông trình , ứng với dạng dao động thứ i khi chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gióxác định theo công thức :

WFj = Wtcj.j.i Dj.hj Trong đó:

- Wtcj : giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió tại phần j (Xác định ở phần giótĩnh)

- Dj, hj: bề rộng và chiều cao của mặt đón gió ứng với phần thứ j

- j: hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao z ứng với phần thứ j của công trình(Tra theo bảng 3 TCXD 229-1999)

- : hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió Với dạng dao động thứnhất lấy  = 1, với các dạng dao động khác lấy  = 1 1 được xác định thông qua cáctham số , của công trình

Dao động theo phương Y (hay phương Oy)

Gió theo phương Y thì lấy mặt phẳng tọa độ cơ bản ZOX

Với các tầng 1-tâng kỉ thuật

- fi: tần số dao động riêng thứ i.

- Wo= 950 N/m2 – giá trị tiêu chuẩn của áp lực gió

đá kể cả các công trình bằng khung thép có kết cấu bao che) ta được:

1x = 1.9

Ta có yji: dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng

dao động thứ i

Theo phương Oy tần số dao động thứ nhất

Lực gió động tác dụng vào công trình theo các dạng dao động được tính toán và lập

Dao động theo phương X (hay phương Ox)

Gió theo phương OX thì lấy mặt phẳng tọa độ cơ bản ZOY

Với các tầng 1-tâng kỉ thuật

Hệ số động lực i xác định phụ thuộc vào thông số i và độ giảm loga của dao động 

Thông số i xác định theo công thức:

- n: hệ số tin cậy của tải trọng gió, n = 1.2

- fi: tần số dao động riêng thứ i

- Wo= 950 N/m2 – giá trị tiêu chuẩn của áp lực gió

1x = 1,9

Ta có yji: dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng

tm 93.1 0.398 0.600 8.191 -0.0204 1872.42 -0.17 0.7792246 15.42 34.32 49.74

m 97.6 0.396 0.600 7.508 -0.0209 1502.82 -0.16 0.6564468 12.68 31.60 44.28

top 100.6 0.381 0.600 2.908 -0.0211 462.277 -0.06 0.2058103 3.94 12.73 16.66

2 Tải trọng động đất:

Động đất gây nên những chuyển động của nền công trình theo các hướng, theo thời

gian với các quy luật khá phức tạp Sóng địa chấn làm nền đất bị kéo, nén, cắt, xoắn và

có thể nền đất bị mất ổn định Kết quả là nền bị lún, sụt lở và hoá lỏng kéo theo đó là

sự phá hoại của các công trình khi sóng địa chấn tràn qua

Các biến dạng, chuyển động của nền kéo theo sự chuyển động của công trình và

làm phát sinh các lực quán tính tác dụng lên công trình, gọi đó là lực động đất lên công

trình Khi có lực động đất tác dụng, công trình sẽ xuất hiện các phản ứng động lực

(chuyển vị, vận tốc, gia tốc, ứng suất, biến dạng) gọi tắt là phản ứng của công trình

Thiết kế kháng chấn cần phải đảm bảo điều kiện sao cho khi xảy ra các trận động đất

yếu thì kết cấu vẫn còn làm việc trong đàn hồi, còn khi xảy ra các trận động đất mạnh

thì kết cấu có thể chuyển sang làm việc ở giai đoạn dẻo, có thể hư hỏng một phần nào

đó nhưng công trình không bị sụp đổ Việc xác định tải trọng động đất thực chất là xác

định lực quán tính do khối lượng khối lượng của công trình bị dao động có động đất

Trong đồ án này tải trọng động đất được tính toán theo tiêu chuẩn TCVN 375:2006

Các thành phần dao động riêng, chuyển vị ngang lấy như khi tính gió động

2.1 Tính toán tải trọng động đất theo tiêu chuẩn

2.1.1 Cơ sở tính toán

Cơ sở của phương pháp này là phương pháp tĩnh lực, tức là thay thế các lực động

đất thực tác dụng lên công trình bằng các tĩnh lực ảo có hiệu ứng tương đương Việc

thay thế này được xác định theo nguyên tắc đánh giá trực tiếp, phân biệt với nguyên tắc

đánh giá gián tiếp là phương pháp phân phối tĩnh lực thông qua lực cắt tại chân công

trình

Tác động địa chấn có hướng bất kỳ trong không gian Đối với nhà và các công trình

có hình dạng hình học đơn giản tải trọng địa chấn có thể xem theo phương ngang và

phương dọc trục của chúng Sự tác động của tải trọng theo phương đang xét được xem

là độc lập với phương kia

Theo phương đứng, tải trọng địa chấn được xem xét khi tính toán các trường hợp

sau:

- Các kết cấu dạng công xôn nằm ngang và nghiêng

- Cầu nhịp lớn

- Khung, vòm, dàn, mai không gian của các nhà và công trình có nhịp trên24m.

g

T2,5

Trong đó:

Sd(T) - Phổ thiết kế đàn hồi

TB - Giới hạn dưới của chu kì, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc

TC - Giới hạn trên của chu kì, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc

TD - Giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong.phổ phản ứng

S - Hệ số nền phụ thuộc vào loại nền đất xác định ở bảng 3.2,TCXDVN375:2006

 - Hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang:  0,2

T  Chu kỳ dao động thứ k của nhà và công trình

  Hệ số điều chỉnh  0,85đối với nhà trên 2 tầng hoặc  1với TH khác.k

m  Khối lượng hiệu dụng của nhà và công trình ở trên móng hoặc ở trên đỉnh

- Dạng 1(mode 2): T1 2.605 (s), khối lượng hữu hiệu chiếm 55,71%.

- Dạng 2(mode 6): T2 0,566 (s), khối lượng hữu hiệu chiếm 13.26%

- Dạng 3(mode 10): T3 0,2402 (s), khối lượng hữu hiệu chiếm 5,21%

Theo phương y, có 3 dạng dao động đóng góp đáng kể vào phản ứng tổng thể của côngtrình:

- Dạng 1(mode 1): T1 2,895 (s), khối lượng hữu hiệu chiếm 58,36%

- Dạng 2(mode 4): T2 0,762 (s), khối lượng hữu hiệu chiếm 13.69%

- Dạng 3(mode 8): T3 0, 2833 (s), khối lượng hữu hiệu chiếm 4,42%<5%(bỏqua khi tham gia tính động đất)

Giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi của nền loại C tra bảng:

Vậy, cấp động đất thiết kế là cấp VII theo thang MM

1 Xác định lực cắt đáy theo 2 phương x, y:





với hệ kết cấu hỗn hợp tương đương với tường ta có: 0

- Ứng với dạng dao động thứ nhất (mode 2), T1 1,1278(s):

Do TC 0,6sT1 1,1278sTD 2s nên:

 

C g

d

g

T2,5

3,6 2,6050,2.0,1032 0,0206

2

m 0,1326.75597 10024(T)Tính lực cắt đáy:

2

m 0,0521.75597 3939(T)Tính lực cắt đáy:

3,6 2,28990,2.0,1032 0,02064

=0,02064 2

(m / s )

Tính khối lượng hữu hiệu:

 1

m 0,5836.75597 44118(T)Tính lực cắt đáy:

d

g

T2,5

3,6 0.7620,2.0,1032 0,02064

TANG 1 5529.834 0.0003 1.659 1.659 1.31