thiết kế nhà cao tầng

 Hệ khung chịu lực : Hệ này đợc tạo thành từ các thanh đứng và thanh ngang là các dầm liên kết cứng tại chỗ giao nhau gọi là các nút khung.. Dựa trên phân tích thực tế thì có hai hệ hỗ

Trong thiết kế nhà cao tầng thì vấn đề lựa chọn giải pháp kết cấu là rất quan trọng bởi việc lựa chọn các giải pháp kết cấu khác nhau có liên quan đến các vấn đề khác nh bố trí mặt bằng và giá thành công trình

I Đặc điểm thiết kế nhà cao tầng

Trong hệ này các cấu kiện thẳng đứng chịu lực của nhà là các tờng phẳng Tải trọng ngang truyền

đến các tấm tờng qua các bản sàn Các tờng cứng làm việc nh các công xon có chiều cao tiết diện lớn Giải pháp này thích hợp cho nhà có chiều cao không lớn và yêu cầu về không gian bên trong không cao (không yêu cầu có không gian lớn bên trong )

 Hệ khung chịu lực :

Hệ này đợc tạo thành từ các thanh đứng và thanh ngang là các dầm liên kết cứng tại chỗ giao nhau gọi là các nút khung Các khung phẳng liên kết với nhau qua các thanh ngang tạo thành khung không gian Hệ kết cấu này khắc phục đợc nhợc điểm của hệ tờng chịu lực Nhợc điểm chính của hệ kết cấu này là kích thớc cấu kiện lớn

 Hệ lõi chịu lực :

Lõi chịu lực có dạng vỏ hộp rỗng, tiết diện kín hoặc hở có tác dụng nhận toàn bộ tải trọng tác động lên công trình và truyền xuống đất Hệ lõi chịu lực có khả năng chịu lực ngang khá tốt và tận dụng đợc giải pháp vách cầu thang là vách bê tông cốt thép Tuy nhiên để hệ kết cấu thực sự tận dụng hết tính u việt thì hệ sàn của công trình phải rất dày và phải có biện pháp thi công đảm bảo chất lợng vị trí giao nhau giữa sàn và vách

 Hệ hộp chịu lực :

Hệ này truyền tải theo nguyên tắc các bản sàn đợc gối vào kết cấu chịu tải nằm trong mặt phẳng ờng ngoài mà không cần các gối trung gian bên trong Giải pháp này thích hợp cho các công trình cao cực lớn (thờng trên 80 tầng).

t-2 Lựa chọn hệ kết cấu cho công trình:

Qua phân tích một cách sơ bộ nh trên ta nhận thấy mỗi hệ kết cấu cơ bản của nhà cao tầng đều

có những u, nhợc điểm riêng Với công trình này do có chiều cao lớn ( ≈60m ) và yêu cầu không gian linh hoạt cho các phòng hội thảo và các gian siêu thị nên giải pháp tờng chịu lực khó đáp ứng đợc Với

hệ khung chịu lực do có nhợc điểm là gây ra chuyển vị ngang lớn và kích thớc cấu kiện lớn nên không phù hợp với công trình là Nhà làm việc Dùng giải pháp hệ lõi chịu lực thì công trình cần phải thiết kế với

độ dày sàn lớn, lõi phân bố hợp lí trên mặt bằng, điều này dẫn tới khó khăn cho việc bố trí mặt bằng với công trình là nhà làm việc Vậy để thoả m n các yêu cầu kiến trúc và kết cấu đặt ra cho một nhà caoãtầng làm văn phòng cho thuê ta chọn biện pháp sử dụng hệ hỗn hợp là hệ đợc tạo thành từ sự kết hợp giữa hai hoặc nhiều hệ cơ bản Dựa trên phân tích thực tế thì có hai hệ hỗn hợp có tính khả thi cao là :

♦ Sơ đồ giằng :

Sơ đồ này tính toán khi khung chỉ chịu phần tải trọng thẳng đứng tơng ứng với diện tích truyền tải

đến nó còn tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng do các kết cấu chịu tải cơ bản khác nh lõi, tờng chịu Trong sơ đồ này thì tất cả các nút khung đều có cấu tạo khớp hoặc tất cả các cột có độ cứng chống uốn bé vô cùng

♦ Sơ đồ khung giằng :

Sơ đồ này coi khung cùng tham gia chịu tải trọng thẳng đứng với xà ngang và các kết cấu chịu lực cơ bản khác Trờng hợp này có khung liên kết cứng tại các nút (gọi là khung cứng )

 Lựa chọn kết cấu chịu lực chính :

Qua việc phân tích trên ta nhận thấy sơ đồ khung giằng là hợp lí nhất ở đây việc sử dụng kết cấu lõi (lõi cầu thang máy) và vách cứng ( vách cứng bố trí trong gian cầu thang bộ) vào cùng chịu tải đứng

và ngang với khung sẽ làm tăng hiệu quả chịu lực của toàn kết cấu lên rất nhiều đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng không gian Đặc biệt có sự hỗ trợ của lõi làm giảm tải trọng ngang tác dụng vào từng khung sẽ giảm đợc khá nhiều trị số mômen do gió gây ra Sự làm việc đồng thời của khung và lõi là u

điểm nổi bật của hệ kết cấu này Do vậy ta lựa chọn hệ khung giằng là hệ kết cấu chính chịu lực cho công trình

-Tiêu chuẩn về tải trọng và tác động TCVN 2737-1995.

-Kiến thức của môn cơ học kết cấu

-Tiêu chuẩn thiết kế bê tông TCVN 5574-1991

VI Vật liệu sử dụng.

Nhà cao tầng thờng sử dụng vật liệu là kim loại hoặc bê tông cốt thép Công trình làm bằng kim loại có u điểm là độ bền cao, công trình nhẹ, đặc biệt là có tính dẻo cao do đó công trình khó sụp đổ hoàn toàn khi có địa chấn Tuy nhiên thi công nhà cao tầng bằng kim loại rất phức tạp, giá thành công trình cao và việc bảo dỡng công trình khi đ đã a vào khai thác là rất khó khăn trong điều kiện khí hậu nớc

ta

Công trình bằng bê tông cốt thép có nhợc điểm là nặng nề, kết cấu móng lớn, nhng khắc phục

đ-ợc các nhđ-ợc điểm trên của kết cấu kim loại và đặc biệt là phù hợp với điều kiện kĩ thuật thi công hiện nay của ta

Qua phân tích trên chọn vật liệu bê tông cốt thép cho công trình Sơ bộ chọn vật liệu nh sau:

- Bê tông dầm, sàn mác 250# có Rn=110 KG/cm2 , Rk=8,8 KG/cm2

- Bê tông cột, lõi mác 300# có Rn=130 KG/cm2 , Rk=10 KG/cm2

- Thép chịu lực AII có Ra= R’a = 2700 KG/cm2

Thép cấu tạo AI có Ra= 2100 KG/cm2

- Các loại vật liệu khác thể hiện trong các hình vẽ cấu tạo

V lập mặt bằng kết cấu sàn & chọn tiết diện các cấu kiện

1 Chọn giải pháp kết cấu sàn

+ Với sàn nấm :

Ưu điểm của sàn nấm là chiều cao tầng giảm nên cùng chiều cao nhà sẽ có số tầng lớn hơn,

đồng thời cũng thuận tiện cho thi công Tuy nhiên để cấp nớc và cấp điện điều hoà ta phải làm trần giả nên u điểm này không có giá trị cao

Nhợc điểm của sàn nấm là khối lợng bê tông lớn dẫn đến giá thành cao và kết cấu móng nặng

nề, tốn kém Ngoài ra dới tác dụng của gió động và động đất thì khối lợng tham gia dao động lớn ⇒ Lực quán tính lớn ⇒ Nội lực lớn làm cho cấu tạo các cấu kiện nặng nề kém hiệu quả về mặt giá thành cũng

nh thẩm mỹ kiến trúc

+ Với sàn sờn :

Do độ cứng ngang của công trình lớn nên khối lợng bê tông khá nhỏ ⇒ Khối lợng dao động giảm

⇒ Nội lực giảm ⇒Tiết kiệm đợc bê tông và thép

Cũng do độ cứng công trình khá lớn nên chuyển vị ngang sẽ giảm tạo tâm lí thoải mái cho khách Nhợc điểm của sàn sờn là chiều cao tầng lớn và thi công phức tạp hơn phong án sàn nấm tuy nhiên đây cũng là phơng án khá phổ biến do phù hợp với điều kiện kỹ thuật thi công hiện nay của các công ty xây dựng

+ Với sàn ô cờ :

Tuy khối lợng công trình là nhỏ nhất nhng rất phức tạp khi thi công lắp ván khuôn ,đặt cốt thép,

đổ bê tông nên phong án này không khả thi

m: hệ số phụ thuộc loại bản, với bản kê 4 cạnh m = 40ữ50

1 ì =11.1 cm chọn hS=12cm

Vậy ta chọn hs = 12 cm cho toàn nhà

3 Chọn kích thớc tiết diện dầm.

Ta chọn kích thớc tiết diện dầm cho các tầng đều nhau với nhịp dầm lớn nhất

Sơ bộ chọn bề rộng dầm b=30cm Riêng các dầm phụ giữa ô bản chọn rộng 22cm

Các tầng 4ữ14 đợc sử dụng làm văn phòng cho ngời nớc ngoài thuê, yêu cầu có điều hoà nhiệt

độ cho tất cả các phòng Do đó cần phải làm trần treo cho mỗi phòng, dẫn đến làm giảm chiều cao sử dụng của phòng trong khi đó chiều cao tầng không lớn (3,6m) Mặt khác nhịp nhà là tơng đối lớn (8,1m

và 10,8m) làm cho chiều cao dầm vì thế cũng lớn (với nhịp 10,8m yêu cầu dầm cao tối thiểu 900mm) Vì vậy ở đây ta chọn giải pháp hệ dầm bẹt kích thớc b h = 80ì ì 60 cm cho các dầm chính, còn các dầm phụ chọn sơ bộ b ì h = 30ì 60 cm

Các tầng 1, 2, 3 không dùng làm văn phòng nhng để thống nhất kích thớc cấu kiện thuận tiện cho thi công ta cũng chọn kích thớc giống nh các tầng trên

5 4

10800 10800

N : Tổng lực dọc chân cột

R : Cờng độ bê tông (Rn=130 KG/cm2 bêtông mác 300#)

k =1,2ữ1,5 hệ số kể đến các trờng hợp tải trọng mà ta cha kể tới nh gió

Tải trọng sơ bộ lấy là trong khoảng 1,1ữ1,5 T/m2 sàn, chọn 1,2 T/m2 sàn

=270mm) ⇒ Chọn t = 30 cm

Chơng 2: xác định tải trọng.

Việc xác định tải trọng tác dụng lên công trình đợc lấy theo TCVN 2737-95 về tải trọng và tác động

I xác định tải trọng đứng:

1 Tĩnh tải:

a.Tĩnh tải tác dụng trên sàn phòng làm việc có chiều dày 12cm:

Tĩnh tải tác dụng tính toán lên sàn tính trong bảng sau:

d Tĩnh tải tờng ngăn, tờng bao, vách ngăn, tờng chắn :

* Tầng 1,2,3 (chiều cao tầng là 5,4m, chiều cao dầm trung bình là 800) gồm ba loại tờng nh sau:

+ Loại 1 : Các tờng gạch xây 220 cao 1,2m, phía trên dùng cửa khung nhôm kính:

Phần tờng : tờng 220 : 1,1ì0,22ì1800 = 435,6 kG/m2

Lớp vữa trát dày 3 cm: 1,3ì0,03ì1800=70,2 kG/m2

đồng thời đặt thêm 1 khung thép cấu tạo Cấu tạo này cũng đợc sử dụng dới các bức tờng ngăn trong các phòng vệ sinh thay cho các dầm phụ

e.Tĩnh tải do cầu thang bộ tác dụng.

Cấu tạo và tải trọng cầu thang bộ bao gồm:

f Tĩnh tải do áp lực đất lên tờng chắn truyền lên cột:

Nhà có tầng hầm cao 3m trong đó phần nằm dới đất là 1,5m áp lực đất tác dụng lên tờng chắn là

áp lực chủ động Ta tính toán cho tờng tầng hầm nguy hiểm nhất là tờng nằm cạnh đờng ô tô chạy ờng nội bộ công trình)

(đ-Cấu tạo mặt đờng nh sau:

Góc ma sát trong của đất ϕ = 16ο

Trọng lợng riêng của đất γ = 20 kN/m3 =2000kG/m3

Theo lý thuyết của Coulomb cờng độ áp lực đất chủ động lên tơng chắn theo độ sau z tính từ mặt

245

(Cos

Coso

2 −ϕϕ+α ở đây α = 0

pa = tg2(45o

-2

16o)ì(2000ìz + 576) -

)2

1645(Cos

16Cos

0 o 2

0

− ì1500 = 1135,7 z - 1933,6.

Ta thấy pa = 0 tại z = 1,7 m

Nh vậy ảnh hởng của áp lực đất chủ động lên tờng chắn tác động vào khung là không đáng kể

Có thể bỏ qua phần tải trọng này trong tính khung, chỉ kể đến khi tính tờng chắn, móng và trong thi công

đào đất

2 Xác định Hoạt tải phân bố đều trên sàn.

Phòng họp, hội thảo, cửa hàng

Hoạt tải mái phần cao tầng

Hoạt tải mái phần thấp tầng (tập trung đông

ngời)

Sảnh tầng 1

Trạm bơm, phòng điều hoà, trạm điện

20020030040075400

400750

1,21,21,21,21,31,2

1,21,2

24024036048097.5480

480900

Khi chất hoạt tải vào sơ đồ tính thông thờng ta chia làm hai trờng hợp là hoạt tải 1 (HT1) và hoạt tải 2 (HT2) theo kiểu cách tầng cách nhịp Trong đó HT1 là để xác định mô men dơng nguy hiểm nhất cho ô bản đợc chất tải và mô men âm nguy hiểm cho ô bản không chất tải bên cạnh, HT2 thì ngợc lại.Tuy nhiên theo kinh nghiệm, đối với nhà cao tầng khi nhà có mặt bằng phức tạp và nhà tính theo sơ đồ không gian thì việc chất tải này gặp nhiều khó khăn và cha chắc đ tìm đã ợc trờng hợp nguy hiểm của nội lực, mặt khác một lý do khác là trong nhà cao tầng hoạt tải đứng chỉ chiếm một phần nhỏ so với trọng lợng bản thân công trình (chỉ chiếm khoảng 30%) nên về mức độ ảnh hởng tới sự làm việc của kết cấu là nhỏ so với các loại tải trọng khác

Với lý do đó ở đây ta chọn hình thức chất hoạt tải đứng trên toàn sàn

Khi tính toán hoạt tải đứng cho nhà cao tầng, cho phép sử dụng hệ số giảm tải do kể đến khả năng sử dụng không đồng thời trên toàn nhà, hệ số này đợc xác định nh sau:

+ Với các loại phòng: Phòng ngủ, phòng ăn, phòng khách, buồng vệ sinh, văn phòng, phòng nối hơi, phòng động cơ và quạt vv có diện tích A thoả m n đk: A >Aã 1=9 m2

ψΑ1 = 0,4 +

1A/A

6,0.+ Với các loại phòng : Phòng đọc sách, cửa hàng, triển l m, phòng hội họp, kho, ban công,ãlôgia có diện tích A thoả m n đk: A>Aã 2=36 m2

ψΑ2 = 0,5 +

1A/A

5,0.Dựa vào công năng của các phòng trên từng tầng ta có thể giảm tải cho các hoạt tải nh sau :

Tầng 1: gồm các phòng có thể giảm tải nh sau:

II xác định hoạt tải ngang do gió:

Tải trọng gió ngang bao gồm thành phần tĩnh và thành phần động

II.1.Thành phần gió tĩnh

Do sự làm việc không gian của kết cấu nên ta cần xác định thành phần gió theo cả hai phơng.Theo TCVN 2737 - 95, công trình xây dựng tại Hà Nội thuộc vùng II-B có giá trị áp lực gió tiêu chuẩn là Wo = 95 kG/m2

Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải gió ở độ cao z là : Wz=nìWoìkìc.

Trong đó: k - Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao

c - Hệ số khí động, với bề mặt đón gió c = 0,8

Với bề mặt khuất gió c=0,6

n - Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, n=1,2

Giả thiết rằng sàn vô cùng cứng trong mặt phẳng của nó và tải trọng gió đợc truyền về các mức sàn rồi đợc sàn phân phối cho các kết cấu chịu lực ngang là hệ khung và lõi Vì vậy ta có thể lấy hệ số khí động C= 0,8+0,6 = 1,4 và dồn tải trọng gió về phía đón gió

Để tính tải trọng gió động ta cần biết đợc các tần số dao động riêng của công trình Một cách gần

đúng giả thiết rằng các nút có khối lợng nh nhau Chia công trình thành các phần, mỗi phần gồm các cấu kiện trong phạm vi 1 tầng, riêng cột và tờng ngăn đợc lấy một nửa tầng kế dới và một nửa tầng kế trên

Để xác định tần số dao động riêng của công trình ta cần khai báo khối lợng tập trung (mass) tại các nút khung và một số nút thuộc vách cứng do trọng lợng bản thân của tờng và các lớp vật liệu cấu

tạo sàn, mái (Phần khối lợng do trọng lợng bản thân các cấu kiện bê tông cốt thép thuộc cột, dầm, sàn, vách cứng do chơng trình Sap2000 tự dồn).

Sau khi có các tần số dao động riêng của công trình ta tính Wđ Để tính Wđ ta cần biết khối lợng tổng cộng của công trình ở từng phần

Khối lợng mỗi phần đợc dồn vào nút thuộc tầng đó gồm khối lợng do tĩnh tải và 50% giá trị hoạt tải đứng

• Tổng khối lợng dầm tầng 1: Gần đúng coi các dầm có chiều cao

trung bình là 0,75m Tổng chiều dài dầm là: lD= 729,9m

• Tổng khối lợng lõi thang máy và lồng thang bộ:

Gv= F.h.γ.n = (6,86+7,546)ì5,4ì2500ì1,1 = 213929 kG

Vậy tổng khối lợng tĩnh tải tầng 1 là:

Gtt= ∑G= Gs + Gt + GD+GC+ Gv= 1974272kG = 1974,3 T

Hoạt tải đứng trong phạm vi tầng 1 : hoạt tải trong tầng 1 bao gồm các loại :

- Sảnh, cửa hàng p = 400 kG/m2.(chiếm khoảng 40%)

781,906 + 336,55086 + 50% ì 833,451 = 992,99 TTrong đó g = 475,9 kG/m2 là trọng lợng các lớp sàn kể cả bê tông, gbt=330 là phần trọng lợng bêtông sàn

⇒ Khối lợng giao động mỗi nút là:

2 Tính toán tải trọng gió động:

Theo TCXD 229 :1999 “ Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737 : 1995”, giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j ứng với dạng dao

động thứ i đợc xác định theo công thức:

Wp(j i) = M j ξi ψ iy j i

Trong đó : M j : khối lợng tập trung của phần công trình thứ j

Yji : dịch chuyển ngang tỷ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động thứ i (m)

ψi : hệ số gia tốc đợc xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió coi nh không đổi.

j

2 ji

n

1

j ji Pj

My

Wy

Với WPj = Wj ζ ν : Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j của công trình

ζ : Hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao ứng với phần thứ j của công trình, là hệ số không thứ nguyên, đợc xác định theo TCVN 2737-95

ν : Hệ số tơng quan không gian áp lực động của tải trọng gió ứng với các dạng dao động khác nhau của công trình ν đợc xác định theo hai hệ số là ρ và κ

Ta có ρ = B = 32,4m ; κ = H = 59,9m ⇒ν = 0,671

ξi : hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên, phụ thuộc vào thông số εi và độ

giảm lôga dao động : εi =

fi940

9502,

,

ì

ì1

= 0,0521 Tra đồ thị ta đợc ξ = 1,6005

2 ji

n

1 j

Pi ji

My

Wy = 0,0402 kG/m2

chuẩn thành phần động của áp lực gió WPj tác dụng lên phần thứ j của công trình đợc xác định theo công thức :

Sơ đồ tính là hệ không gian gồm hệ khung - sàn - vách cứng Trong đó trục khung theo ph ơng

đứng đợc lấy trùng trục cột, trục khung theo phơng ngang đợc lấy trùng với trục dầm Trong trờng hợp hai dầm cạnh nhau có chiều cao khác nhau thì trục khung đợc lấy trùng với trục dầm gây nguy hiểm hơn

cho kết cấu, tức là làm cho chiều dài tính toán của cột kề dới lớn hơn Tơng tự nếu cột thay đổi tiết diện thì trục khung đợc lấy trùng với trục cột nào làm cho chiều dài tính toán của dầm lớn hơn.

Trục của tờng thờng lệch so với trục của dầm và trục của dầm biên thờng lệch so với trục cột Tải trọng từ tờng truyền xuống dầm sau đó truyền xuống cột ngoài thành phần tải trọng tập trung đúng tâm còn gây ra thành phần mômen xoắn cho dầm và mô men uốn cho cột Tuy nhiên do độ cứng của nút khung rất lớn nên có thể bỏ qua tác dụng của mômen lệch tâm lên dầm và xem ảnh hởng chỉ là cục bộ lên cột

Trong công trình này do khối cao tầng nằm giữa hai khối thấp tầng và đợc ngăn cách bởi hai khe lún nên trục tờng trùng với trục dầm ở các tầng dới, lên các tầng trên (từ tầng 5) trục tờng liên tục thay

đổi trên 1 dầm, tuy nhiên do ở đây sử dụng tờng kính là chủ yếu nên có thể bỏ qua tác dụng lệch tâm lên cả cột và dầm Do dầm có bề rộng bằng bề rộng cột nên độ lệch tâm giữa dầm và cột là không có Trừ các tầng giảm tiết diện cột độ lệch tâm là 5cm rất nhỏ so với bề rộng cột là 70cm nên ta cũng có thể

bỏ qua mô men lệch tâm

2 Chất tải vào sơ đồ tính:

Nh đ nói ở phần đầu, ta chọn sơ đồ tính là sơ đồ không gian và sử dụng chã ơng trình Sap 2000 để phân tích nội lực Sơ đồ làm việc bao gồm các phần tử Frame (thuộc khung) và các phần tử Shell (thuộc sàn và vách cứng)

- Tĩnh tải : phần bê tông cốt thép của khung, sàn, vách ta chỉ cần khai báo kích thớc và vật liệu Phần vật liệu cấu tạo khác nh các lớp cấu tạo sàn, mái, trần treo và trọng lợng tờng đặt trực tiếp lên sàn

đợc khai báo bổ sung dới dạng tải phân bố đều trên shell Tĩnh tải tờng phân bố đều trên dầm ta khai báo dới dạng tải phân bố đều trên phần tử Frame tơng ứng

- Hoạt tải sàn, mái ta cũng khai báo dới dạng lực phân bố đều trên Shell Các ô sàn có nhiều hơn

1 trờng hợp hoạt tải ta lấy giá trị hoạt tải trung bình

- Tải trọng ngang do gió: chất thành lực phân bố đều trên mức sàn tơng ứng với phần chịu tải gồm nửa tầng kế trên và nửa tầng kế dới

- Để xác định các tần số dao động riêng của công trình phục vụ cho việc tính gió động ta cần khai báo các khối lợng tập trung (mass) trên từng mức sàn (coi nh là một phần khi chia công trình thành n phần theo chiều cao theo TCVN 2737-95) Phần khối lợng do bản thân các phần tử Frame và shell đã khai báo ta không cần khai báo nữa, còn khối lợng do các lớp cấu tạo sàn, mái, vách ngăn và 50% hoạt tải ta khai báo thêm dới dạng khối lợng tập trung vào các nút khung và một số nút thuộc vách

Chơng 3: THIếT Kế KHUNG K4.

Cách trình bày :Phần thuyết minh tính toán các cấu kiện thuộc khung ( dầm, cột ) đợc trình bày đại diện cho từng loại Các phần tử còn lại của từng loại cấu kiện đợc tính toán với số lợng cần thiết, cụ thể gồm : các dầm thuộc các tầng giống nhau về kích thớc, tải trọng_đợc tính cách hai tầng một; các dầm thuộc

tầng tại vị trí có sự thay đổi về độ cứng theo chiều đứng của công trình (ví dụ tầng 4, 5,13 ); và tất cả các cột Để tiện cho việc trình bày và cũng tiện cho việc thay đổi phơng án kết cấu khi cần thiết ta lập thành các chơng trình đơn giản để tổ hợp nội lực và tính toán kết cấu cho các loại cấu kiện dầm cột qua công cụ EXEL dới dạng các bảng tính, đợc trình bày trong phần phụ lục.

a Tổ hợp nội lực dầm , cột thuộc khung k4:

- Vị trí giữa dầm có mô men dơng lớn nhất

ở đây vì chỉ có các trờng hợp tải trọng thông thờng nên ta chỉ tổ hợp hai trờng hợp cơ bản

II.Tổ hợp nội lực cột:

Nguyên tắc tổ hợp : tơng tự nh với dầm, chỉ khác ở chỗ ta chỉ tổ hợp nội lực tại hai tiết diện đầu và cuối phần tử, nội lực đem tổ hợp là mô men theo hai phơng và lực dọc, ngoài ra tại chân cột ta tổ hợp thêm lực cắt để thiết kế móng

b Tính toán cốt thép cho khung k4

Ta trình bày tính toán đại diện cho các dầm thuộc tầng 9

1.Tính dầm conson: Tiết diện bìh = 80 cm x 60cm

= 0,0539 < Ao = 0,412 ⇒ Đặt cốt đơn

h R

MF

Khoảng cách cấu tạo của cốt đai : vì h = 60cm > 50cm nên công thức khoảng cách cấu tạo nh sau :

Uct = Min {h/3 ;30cm} = Min { 20cm ; 30cm} = 20 cm

Ngoài ra khoảng cách cốt đai đợc quy định riêng với nhà cao tầng ( Theo TCXD 198 :1997) : Trong phạm vi 3hd = 1800 kể từ mép cột ( hd là chiều cao tiết diện bê tông của dầm ) phải đặt cốt đai dày hơn khu vực giữa dầm, khoảng cách cốt đai cấu tạo là : Uct = Min(0,25hd, 150) = 150 mm

Vậy ta chọn đai φ8 a150

Trong đó C1 không vợt quá trị số bé nhất trong ba giá trị sau :

+ 1/2 Khoảng cách hai mép trong của dầm

2

1

ì Bo =2

⇒ γ=0,5.(1+ 1−2A)= 0,984 ⇒

0 a a

h R

MF

h R

MF

M

= 0,2155 < Ao=0,412 ⇒ Đặt cốt đơn

)A211.(

h R

MF

γ

Chọn 8φ28 có Fa = 49,26 cm2 ,à =1,12% >àmin

d Tính toán cốt đai: Đợc tính với lực cắt lớn nhất taị gối

d1 Tính cốt đai cho tiết diện I - I: Qmax = 21543,56 kG.

Kiểm tra điều kiện hạn chế : ko.Rn.b.ho= 0,35::24ỡ24ể24::55 = 163240 kG > Qmax

⇒Thoả m n điều kiện hạn chế ã

Ta có 0,6.Rk.b.ho =0,6ì8,8::24ể24::55 = 22387,2 kG > Qmax = 21543,56 kG ⇒ Không cần tính cốt đai.Khoảng cách cấu tạo của cốt đai : vì h = 60cm > 50cm nên công thức khoảng cách cấu tạo nh sau :

Uct < {h/3 ;30cm}= { 20cm ; 30cm} = 20 cm

Trong phạm vi 3hd kể từ mép cột phải đặt cốt đai theo quy định đối với nhà cao tầng, tơng tự nh trên khoảng cách cấu tạo là 150 mm

Vậy ta chọn đai φ8 a150

Với khoảng cách nh vậy ta kiểm tra xem có cần đặt cốt xiên hay không :

Ta có :

15

503,021700U

f.n.R

2

k

db 8.R b.ho q

d2 Tính cốt đai cho tiết diện III - III: Qmax = 22556,76 kG.

Ta thấy lực cắt lớn nhất tại tiết diện III-III xấp xỉ lực cắt trên tiết diện I - I nên ta bố trí cốt đai giống nh

ở tiết diện I-I

d3 Tính cốt đai cho tiết diện II - II:

Đặt theo cấu tạo φ8 a 250

3 Tính các dầm còn lại:

Các dầm còn lại đợc tính toán và lập thành bảng trình bày trong phụ lục

4 Tính toán cốt thép dầm khi kể đến mômen xoắn:

Tính toán cho dầm CD thuộc tầng 1

Từ File nội lực khung ta có : Mômen xoắn lớn nhất do tĩnh tải là T1 = -3968,82 kGm

Mômen xoắn lớn nhất do hoạt tải là T2 = -2096,35 kGm

Mômen xoắn lớn nhất do gió X là T2 = 445,7869kGm

Mômen xoắn lớn nhất do gió Y là T2 = 542,7088kGm

(thuộc tiết diện giữa dầm)

Tổ hợp nguy hiểm nhất là Tmax = 6343,97 kGm (THCB 2) Từ bảng tổ hợp nội lực dầm ta có Q max tại tiết diện giữa dầm là : -3941,76kG

Tơng tự tại tiết diện đầu dầm ta tổ hợp đợc mômen xoắn nguy hiểm nhất là T = 9679,7 kGm

Q = 19500,35 kG

Tính cốt dọc và cốt đai chịu xoắn tại tiết diện đầu dầm III-III :

Mô men tĩnh chống xoắn của tiết diện :

6

2

b h

T

ì

+ =

5580

35,195007

,106666

1007,9679

ì+

ì

= 13,5 kG/cm2 0,25Rn = 0,25x110 = 27,5 KG/cm2 ;

τc =3,75 KG/cm2 < 0,25fcn =27,5 KG/cm2 ;

Kiểm tra khả năng chịu xoắn : 0,8fk =0,8.13 = 10,4 KG/cm2 ;

τc =13, 5 KG/cm2 > 0,8fk = 10,4 KG/cm2 ⇒ phải tính cốt thép chịu xoắn.Diện tích cốt thép dọc chịu xoắn ATs :

Chu vi lõi chống xoắn U = 2(bo + ho) = 2 ( 74 + 55) = 258 cm

Diện tích lõi chống xoắn Ω = bo ho =74x55 = 4070 cm2

ATs =

aR

6

,1

U.T

Ω = ,16.4070.2800

258.967970

= 13,69 cm2

Ts

f 6 , 1

U T A

Ω

= = 2 , 98 cm ;

2800 1034 6 , 1

138

Theo (10) kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cèt ®ai chÞu xo¾n S Td:

; cm 14 , 19 100000

2300 503 , 0 1034 6 , 1 T

f A 6 , 1

Tæng diÖn tÝch cèt thÐp chÞu uèn – xo¾n cho tiÕt diÖn lµ :

Fo = Fa +ATs = 12,02 +2,98 =15 cm2Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cèt ®ai sÏ lµ :

Td d

Td d 1

S S

S S S

+

= = 11 , 58

14 , 19 32 , 29

14 , 19 32 ,

TÝnh cèt däc vµ cèt ®ai chÞu xo¾n t¹i tiÕt diÖn gi÷a dÇm II-II :

¦ng suÊt chÝnh do t¸c dông cña xo¾n vµ c¾t :

τc=

o

T b h

VW

T

×

+ =

5580

21,254117

,106666

1001828,7

×+

×

= 7,5 kG/cm2 0,25Rn = 0,25x110 = 27,5 KG/cm2 ;

Mx là mô men uốn nằm trong mặt phẳng khung.

My là mô men uốn nằm vuông góc với mặt phẳng khung

II.1 Cơ sở tính toán:

- Bảng tổ hợp nội lực

- Tài liệu “ Tính toán tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm xiên “ do Giáo s Nguyễn Đình Cống biên soạn theo tiêu chuẩn Anh BS8110, có cải tiến theo TCVN 5574 1994

- Tài liệu kiến trúc

Sau đây là nội dung và công thức tính toán:

1 Số liệu:

Tiết diện chữ nhật cạnh bx, by (bx≥by) Cốt thép đặt đều

theo chu vi, đối xứng qua hai trục

Fat - Diện tích tiết diện toàn bộ cốt thép

Fb - Diện tích tiết diện bê tông, Fb = bxìby

àt - Hàm lợng cốt thép : àt = %

Fb

Fat100

Giới hạn àmin = 0,5% ≤à≤àmax = 6%

a - khoảng cách từ tâm cốt thép đến mép tiết diện gần

nhất

dx = bx - a ; dy = by - a : chiều cao làm việc của tiết diện

theo hai phơng

lo - chiều dài tính toán của cột

Rn - Cờng độ tính toán của bê tông

Ra - cờng độ tính toán của cốt thép

αo - Hệ số giới hạn chiều cao vùng nén, lấy phụ thuộc vào

mác bê tông và loại thép

N - Tổng lực nén

Mx, My - Mômen uốn tác dụng trong mặt phẳng song song với cạnh bx, by

(N, Mx, My là nội lực tính toán, lấy theo tổ hợp nội lực)

2 Phân biệt trờng hợp tính toán:

Trờng hợp 1 :

dy

My

≥dx

N

My Mxy x