bài giảng chuyên đề tốt nghiệp kiến trúc kết cấu

Kiểm tra tính hợp lý của bản vẽ: các chi tiết, lối lên xuống tầng hầm 1.2 Kiểm tra sự phù hợp của các chi tiết - Tĩnh tải: tải bản thân, tải từ áp lực đất đá, tải từ áp lực nớc ngầm - Ho

đề cơng giảng chuyên đề cho lớp XN- 15 tiết

Phần kết cấu + kiến trúc

Nội dung yêu cầu đối với đồ án tốt nghiệp phần kết cấu+ kiến trúc

I Các bản vẽ kiến trúc và phơng pháp kiểm tra các bản vẽ kiến trúc:

1.1 Kiểm tra tính hợp lý của bản vẽ: các chi tiết, lối lên xuống tầng hầm

1.2 Kiểm tra sự phù hợp của các chi tiết

- Tĩnh tải: tải bản thân, tải từ áp lực đất đá, tải từ áp lực nớc ngầm

- Hoạt tải: Tải tạm thời dài hạn, tải tạm thời ngắn hạn

- Tải trọng gió;

- Tải trọng động đất

b) Phân bố tải trọng lên khung nhiều tầng

- Bài toán phẳng;

- Bài toán không gian

2.3 Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn

- Trạng thái giới hạn I: cờng độ và ổn định

- Trạng thái giới hạn II: biến dạng

III Lựa chọn chi tiết và tính toán khung BTCT

a) Lựa chọn tiết diện sơ bộ:

- Diễn giải kết quả tính toán theo các tổ hợp tải

IV Cấu tạo khung và thể hiện bản vẽ

- Bố trí cấu tạo thép: trong cột, vách, dầm, nút cột và dầm (nút đỉnh, nút biên, nútgiữa)

- Cách trình bày bản vẽ:

+ Các loại bản vẽ và ý nghĩa của chúng;

+ Yêu cầu thể hiện các bản vẽ mặt bằng kết cấu;

+ Yêu cầu thể hiện các bản vẽ mặt cắt và chi tiết ;

V Tính toán, thiết kế bản sàn

VI Tính toán, thiết kế cầu thang

VII Tính toán bể nớc

Lựa chọn tiết diện sơ bộ cho khung.

- Nội lực phân phối tại các nút khung phụ thuộc vào độ cứng của từng phần tử Do đócần lựa chọn sơ bộ tiết diện của các phần tử

1 Đối với dầm khung BTCT (dầm ngang):

- Chiều cao dầm tính theo công thức:

hd=l/m (4.1)trong đó hd- chiều cao của dầm; ld- chiều dài nhịp dầm; m- hệ số xác định theo bảng

4.2

Bảng 4.2

Hình dạng dầm khung Hệ số m khi dầm khung

một nhịp nhiều nhịp

Ghi chú: giá trị m nhỏ khi tải trọng trên dầm khung có giá trị lớn.

- Chiều rộng dầm khung bd đợc xác định theo yêu cầu thẩm mĩ và chống uốn ngoàimặt phẳng:

bd=hd/(2-4) (4.2)Kích thớc dầm khung cũng có thể tính theo công thức:

h0=

n

d R b

M

2(4.3) trong đó: h0- chiều cao làm việc của dầm khung; bd-bề rộng tiết diện chọn theo yêucầu cấu tạo và thẩm mĩ; Rn- cờng độ chịu nén tính toán của bê tông; M =(0,6-0,7)M0;

M0- mô men lớn nhất xuất hiện trong dầm khung khi coi nó nh một dầm đơn giản cónhịp bằng nhịp khung và tải trọng tác dụng tơng ứng Chiều cao dầm khung h=h0+a

và điều chỉnh b cho hợp lý (a- chiều dày lớp bê tông bảo vệ)

2 Đối với cột khung BTCT: diện tích tiết diện ngang của cột xác định sơ bộ theocông thức:

Fb= (1,2-1,5)

n

R N

(4.4)trong đó: Fb- diện tích tiết diện ngang của cột; Rn- cờng độ tính toán chịu nén của bêtông; N- lực nén lớn nhất có thể xuất hiện trong cột (khi tính N cũng coi các dầm liênkết với cột là các dầm đơn giải chuyền lực lên cột) Từ diện tích yêu cầu có thể tính

đợc đờng kính cột tròn hoặc cạnh cột Chiều rộng bc chọn theo yêu cầu cấu tạo vàtheo độ mảnh cột, còn chiều dài tiết diện cột hc lấy theo cấu kiện chịu nén lệch tâm:

hc= (1,5-3)bc (4.5)

Điều kiện độ mảnh của cột

Kích thớc cột phải đảm bảo điều kiện ổn định Độ mảnh đợc hạn chế nh sau:

0 0

5 Vòm mái.

Vòm BTCT có thể là vòm 3 khớp (2 khớp ở chân và một khớp ở đỉnh), 2 khớp (thờng

có thanh căng) và không khớp

Vòm 2 khớp hay dùng trong thực tế thờng có cấu tạo nh sau:

- Độ võng của vòm (mũi tên vòm) f thờng lấy:

f= (1/5-1/8) l (4.8)trong đó: l - nhịp vòm

Trục hợp lý của vòm chịu tải trọng phân bố đều là đờng cong parabôn có phơng trìnhsau:

y=4 (2 )

l

x l x

(4.9)trong đó: x- khoảng cách từ gối tựa đến tiết diện tính toán

Để đơn giản tính toán, đối với vòm thoải (f≤ 51l) có thể lấy trục vòm là đờng tròn.Tiết diện vòm có thể là hình chữ nhật hoặc chữ I, chiều cao tiết diện có thể sơ bộchọn:

h = )l

40

1 30

1 ( (4.10)

Để thanh căng không bị võng, cần bố trí thanh treo cách nhau 4-6m Số lợng thanhtreo và kích thớc tiết diện thân vòm có thể tham khảo bảng 4.3

Chọn sơ bộ kích thớc lõi thang máy.

Chiều dày lõi cầu thang máy đợc xác định theo công thức sau:

20 1 150



Thể hiện sơ đồ tính toán khung

- Theo sơ đồ không gian: Khi tỷ lệ đó nhỏ hơn 3

Trong khung không gian, các dầm chịu mô men xoắn và các cột chịu nén lệch tâmxiên

- Theo sơ đồ phẳng: Khi tỷ số chiều dài và chiều rộng công trình 3 lần

Khi tính theo sơ đồ phẳng cần chọn các khung chịu tải trọng lớn nhất, nhỏ nhất vàcác khung có tính chất đặc thù để tính toán nhằm đảm bảo độ an toàn và tiết kiệm

- Nút liên kết: trong sơ đồ khung cần nêu rõ vị trí, cấu tạo nút: các liên kết cứng,khớp

Để đơn giản tính toán khung, với sai số không đáng kể có thể:

- Nếu chiều dài các nhịp chênh nhau không quá 10% có thể lấy nhịp đều nhau với giátrị chiều dài trung bình

- Nếu độ dốc dầm ngang nhỏ hơn 1/8 thì có thể lấy dầm nằm ngang và chiều cao cộtlấy giá trị trung bình

- Có thể chuyển tải trọng sang trái hoặc sang phải một đoạn nhiều nhất là 1/20 nhịp

để làm cho sơ đồ tính trở thành đối xứng hoặc phản đối xứng

- Nếu trong một dầm có  5 tải trọng tập trung cách đều nhau có thể đổi thành tảitrọng phân bố

- Khi khung có nhiều nhịp bằng nhau và tải trọng giống nhau trong các nhịp thì cóthể đổi thành khung 3 nhịp để tính, nội lực ở các nhịp giữa lấy nh nhau

- Trong khung việc lựa chọn độ cứng hợp lý giữa dầm cột là quan trọng vì chúngphân phối nội lực giữa các bộ phận sẽ hợp lý và sẽ đảm bảo an toàn và kinh tế

Tổ hợp tải trọng.

Khung đợc tính với các phơng án tải trọng khác nhau, ví dụ:

Phơng án 1 Tải trọng thờng xuyên

Phơng án 2 Hoạt tải chỉ bố trí trên các tầng chẵn

Phơng án 3 Hoạt tải chỉ bố trí trên các tầng lẻ

Phơng án 4 áp lực chủ động của đất, nớc ngầm bên trái

Phơng án 5 áp lực chủ động của đất, nớc ngầm bên phải

Xác định tổ hợp nội lực nguy hiểm cho các phần tử khung Tính toán và bố trí thép cho các phần tử

Tuỳ theo việc sử dụng các tổ hợp tải trọng: tổ hợp cơ bản, tổ hợp đặc biệt mà ta kếthợp kết quả tính toán theo các phơng án tải trọng tạo thành các tổ hợp tải trọng gâynên các cặp nội lực nguy hiểm nhất trong khung để tính toán

- Khi chọn các tiết diện trên phần tử để vẽ biểu đồ bao nội lực và xác định nội lực lớnnhất nên lấy tại các vị trí:

+ Đối với cột: tại tiết diện dới chân và đỉnh cột

+ Đối với dầm thẳng: các tiết diện ở 2 đầu nhịp (nơi tiếp giáp với cột), ở giữa nhịp,

d-ới tải trọng tập trung

Kết quả chạy khung trên máy tính đa ra các tổ hợp nh trên sẽ có các cặp nội lực tạicác phần tử, các nút, ví dụ:

MMAX, NTƯ, QTƯ; NMAX, MTƯ, QTƯ và NTƯ, MTƯ, QMAX Cần lựa chọn cặp nội lực gâynguy hiểm nhất cho cấu kiện để tính toán Ví dụ:

+ Đối với dầm: nguy hiểm nhất là các giá trị nội lực: MMAX, MMIN, QMAX

+ Đối với cột: MMAX, NTƯ; MMIN, NTƯ; NMAX, MTƯ Đối với tiết diện chân cột congphải tính thêm QTƯ để tính móng

- Tuỳ theo Nội lực trong khung có thể xác định theo sơ đồ đàn hồi hoặc theo sơ đồkhớp dẻo:

+ Khi tính theo sơ đồ đàn hồi, độ cứng của thanh là EJ với E là mô đun đàn hồi của

bê tông, không kể đến sự có mặt của cốt thép

+ Khi tính với sơ đồ khớp dẻo, đối với mỗi trờng hợp tải trọng phải vẽ biểu đồ mômen theo sơ đồ đàn hồi, sau đó điều chỉnh biểu đồ mô men bằng cách cho khớp dẻoxuất hiện ở một tiết diện nào đó (thờng là ở tiết diện gối tựa tại dầm, ví dụ nút A) và

đặt mô men tại khớp dẻo với giá trị là M=MDH.A- MDA để điều chỉnh (dấu của M ngợcvới dấu của MDH.A) Sau đó chạy lại khung khi đã bố trí thêm khớp dẻo và M tại khớpdẻo Tiếp theo, cộng biểu đồ mô men tính theo sơ đồ đàn hồi với biểu đồ mô men tínhtheo sơ đồ khớp dẻo Cứ thế có thể điều chỉnh tại bất kỳ tiết diện nào của khung

bảo điều kiện là: mô men của lực dọc đối với trọng tâm vùng chịu nén không đợc nhỏhơn giá trị mô men tơng ứng theo sơ đồ đàn hồi

- Sau khi tính lợng thép trong tiết diện, nếu hàm lợng nhỏ hơn yêu cầu thì cần giảmtiết diên, nếu hàm lợng thép lớn hơn 3% thì cần tăng tiết diện hoặc có biện pháp cấutạo thích hợp

Đối với dầm chiều cao cần đảm bảo điều kiện:

M≤0,5Rnb.h0 ; (4.11) Q≤k0Rnb.h0 (4.12)trong đó: k0 =0,35 đối với mác bê tông 400 trở xuống Nếu điều kiện trên không thoảmãn thì cần tăng tiết diện hoặc tăng mác bê tông

Khi tính theo sơ đồ khớp dẻo thì còn phải thoả mãn điều kiện α=x/h≤0,3 (x- chiều cao

bê tông vùng chịu nén)

- Đối cột hoặc dầm cong có nội lực M và N cần tính nh cấu kiện nén lệch tâm

- Chiều dài tính toán của cột khung nhà nhiều tầng khi có 2 nhịp trở lên và cột nốivới dầm ngang là nút cứng:

+ Đối với kết cấu lắp ghép: l0=H;

+ Đối với kết cấu toàn khối: l0=0,7H

trong đó: H- chiều cao tầng (klhoảng cách giữa các tâm của nút khung)

Để tính toán khung nhiều tầng nhiều nhịp mái phẳng có thể sử dụng phơng pháp táchkhung thành các phần tử riêng, có xét đến tác dụng tơng hỗ của chúng

Khi tính toán công trình ngầm thi công bằng phơng pháp đào hào theo công nghệ ờng trong đất” có thể sử dụng phơng pháp phân chia vỏ hầm thành từng cấu kiệnriêng - mái, tờng và bản đáy trong bớc gần đúng ban đầu có xét đến tác dụng tơng hỗcủa chúng

“T Phụ thuộc vào phơng pháp liên kết của các cấu kiện đó, mái có thể đợc tính nh dầmtựa tự do hoặc ngàm hai đầu

- Bản đáy nh dầm trên nền đàn hồi ngàm hai đầu hoặc tựa khớp lên tờng

- Tờng đợc tính nh dầm một nhịp hoặc nhiều nhịp dới áp lực chủ động của đất theomặt ngoài và áp lực bị động của đất theo mặt trong nằm trong phần đất Cũng có thểxét tờng nh dầm trên nền đàn hồi hoặc đàn dẻo dới tác động của tải trọng truyền từmái và bản đáy

 Trong trờng hợp, khi mặt bằng có tỷ lệ chiều dài và chiều rộng không lớn(<3), kết cấu công trình ngầm làm việc nh hệ không gian, nó đợc tính không nhữngtheo phơng ngang và còn theo phơng dọc của kết cấu theo sơ đồ khung phẳng

 Chính xác hơn là tính toán kết cấu khung nh hệ không gian tựa lên nửa mặtphẳng đàn hồi có giá trị môđun biến dạng và hệ số poission cho các vùng khác nhau.Trong đó có thể sử dụng phơng pháp phần tử hữu hạn hoặc xét kết cấu nh hệ thanhgián đoạn - khung không gian, giải trên máy tính điện tử

o Cấu tạo khung và các nút của khung.

Trong phần này thể hiện một số sơ đồ cấu tạo khung nhà một tầng, nhiều tầng,cách bố trí thép tại một số cấu kiện nh dầm, cột, móng

Liên kết tờng trong đất với dầm, bản sàn

H … GhÐp nèi t GhÐp nèi t êng hµo sö dông v¸ch ng¨n th¸o ra (a-e) vµ kh«ng th¸o ra (l-u): 1.èng; 2 dÇm BTCT; 3.dÇm thÐp; 4.èng cã thÐp gãc; 5.thÐp ch÷ I; 6 thÐp ch÷ [; 7 bÝch; 8 khung thÐp; 9 r·nh

b»ng nhùa tæng hîp; 10 thanh thÐp.

bố trí thép cho giếng đứng

Bố trí thép cho tờng trong đất

Nguyên tắc thiết kế chống gió cho nhà cao tầng :

1 Chọn khối nhà hợp lý, nâng cao độ cứng của nhà ;

2 Đảm bảo cờng độ và tính chống nứt của công trình ;

3 Ngăn chặn phá hoại cục bộ của từng cấu kiện Cần kiểm toán từng cấu kiệnriêng về cờng độ (kính cửa, tờng chắn, tờng đầu hồi ) ;

4 Đảm bảo độ cứng, ngăn chặn chuyển vị ngang quá lớn ;

5 Ngăn chặn h hỏng do mỏi của kế cấu

Một số lu ý khi thiết kế nhà cao tầng

chịu tải trọng động đất

Đối với nhà cao tầng, tải trọng ngang là tải trọng chủ yếu của thiết kế kế cấu

Chuyển vị ngang gia tăng rất nhanh khi tăng chiều cao nhà, do vậy ngoài yêu cầu vềcờng độ, kết cấu cần có đủ độ cứng chống lại chuyển vị ngang

Ngoài tải trọng đứng, tải trọng gió cần xét đến tải trọng động đất Tải trọng động đất

đợc xác định theo bản đồ phân vùng cấp động đất (tơng tự nh bảng phân vùng tảitrọng gió)

Khả năng chống động đất của nhà cao tầng phụ thuộc vào tính co giãn của kết cấu,liên quan đến vật liệu, hệ kết cấu, liên kết nút, biện pháp cấu tạo :

- Nhà càng cao thì độ chôn sâu cần phải lớn ;

- Kết cấu vách cứng hoặc kết cấu khung- vách kết hợp có khả năng chống động

đất tốt hơn kết cấu khung;

- Tỷ lệ H/B (H- chiều cao công trình, B- chiều rộng công trình) của kết cấukhung, khung- vách khi động đất cấp 6-9 không nên vợt quá 5;

- Độ sâu chôn móng hm so với cốt tự nhiên (cốt thấp hơn) cần đảm bảo :

+ Chiều dày sàn khu vực cầu thang, thang máy cần tăng hơn các vị trí khác vì đó

là phần xung yếu của sàn ; các lỗ thang thờng có ứng suất tập trung lớn nên cầngia cờng bằng vách cứng BTCT để tránh xoắn khi có động đất ;

- Để tăng độ cứng của nhà có thể dùng tầng cứng (nói chung không nhiều hơn3) :

+ Nếu bố trí 1 tầng cứng thờng bố trí tại tầng mái hoặc tầng áp mái ;

+ Nếu bố trí 2 tầng cứng thờng bố tại tầng mái và tầng ở độ cao nửa công trình ;+ Nếu bố trí 3 tầng cứng thờng bố tại tầng mái và tầng ở độ cao 2/3 H và 1/3H

- Nên bố trí đối xứng : tim độ cứng kết cấu trùng với đờng tác động của tải trọngngang ;

- Không nền bố trí hố thang ở góc lồi cũng nh ở góc lõm vì nơi này có ứng suấttập trung lớn nhất ;

- Tờng vách cầu thang, thang máy không đợc dùng toàn bộ kết cấu xây, tốt nhấtdùng vách cứng làm giếng thang, ít nhất cũng có dầm, cột tạo thành kết cấukhung ; tờng xây chèn phải liên kết tốt với khung giếng thang ;

- Khi tầng dới nhỏ hơn tầng trên, cần có biện pháp gia cố, trừ trờng hợp độ cứngthay đổi không lớn nh :

fc- Cờng độ thiết kế chịu nén dọc trục của bê tông ;

bd.hd – Chiều rộng và chiều cao hữu hiệu mặt cắt của dầm

RE – Hệ số điều chỉnh năng lực chống động đất (RE = 0,75-0,9)

2 Cột

Khi mặt cắt cột khung hình chữ nhật:

Vb≤0,25.fc.bc.hc- khi không chống động đất ;

Vb≤ (0,25.fc.bc.hc).1/CRE- khi có chống động đất ;

bc.hc – Chiều rộng và chiều cao hữu hiệu mặt cắt của cột

CRE= 0,8

Tỷ lệ cốt thép dọc = AS/Ab (As-diện tích thép, Ab-diện tích tiết diện bê tông) không

đợc nhỏ hơn giá trị trong bảng sau

- Khi thiết kế chống động đất khoảng cách của cốt thép dọc chịu lực của cộtkhông lớn hơn 200mm, khoảng cách ngoài của cột dọc không nhỏ hơn 50 ;

- Thép nối và neo tông khung bê tông đổ tại chỗ :

+ Động đất cấp I : Phải dùng nối hàn ;

+ Động đất cấp II : Có thể dùng nối hàn ;

+ Động đất cấp III : Tầng dới dùng nối hàn, các tầng khác có thể dùng nối buộc;chiều dài mối nối không đợc nhỏ hơn La+5d (La- chiều dài neo của cột thép chịukéo, d- đờng kính thép nối) ;

+ Đờng kính cốt thép dọc lớn hơn 32mm phải dùng nối hàn, đờng kính lớn hơn22mm có thể dùng nối hàn ;

+ Cốt thép dọc chịu lực phải chồng nối trên 2 mặt cắt ngang ;

+ Khoảng cách chỗ nối gần nhau của cốt thép dọc : Nối hàn không đợc nhỏ hơn500mm ; Nối buộc không đợc nhỏ hơn 600mm ;

+ Điểm thấp nhất nối đầu cách đầu cột không nên nhỏ hơn kích thớc cạnh dài củamặt cắt cột và nên ở vị trí cách mặt sàn 750mm ;

+ Cốt thép dọc của cột khung tầng mái phải neo ở dầm sàn , ở đỉnh cột, chiều dàineo tính từ đáy dầm không nhỏ hơn :

La+10d – cho động đất cấp I, II ;

La+5d – cho động đất cấp III ;

Độ dài đoạn thẳng móc neo phải >6d ;

- Cốt đai của cột khung khi thiết kế chống động đất phải tăng cờng trong phạm

vi dới đây :

+ Tại hai đầu cột có chiều cao bằng kích thớc cạnh dài hình chữ nhật hoặc đờngkính cột, 1/6 chiêu cao thông thủy của cột , 500mm, lấy gía trị lớn nhất trong 3 giátrị trên ;

+ Trong phạm vi 500mm trên và dới cửa, nền cứng tầng đáy ;

+ Trong phạm vi chiều dài nối buộc của cốt théo dọc ;

+ Trong phạm vi toàn chiều dài cột với cột góc khi tính động đất cấp I và cột ngắn

có tỷ lệ chiều cao thông thủy cột và kích thớc cạnh dài của mặt cắt nhỏ hơn 4

đề cơng giảng chuyên đề cho lớp XN- 10 tiết

Phần nền móng

Nội dung yêu cầu đối với đồ án tốt nghiệp phần nền móng

I Phân tích lựa chọn giải pháp móng

1.1 Đánh giá đặc điểm kết cấu và vị trí xây dựng;

1.2 Địa chất - công trình và đánh giá điều kiện địa chất – công trình

1.3 Phân tích lựa chọn phơng án nền móng (về kỹ thuật, về điều kiện thi công, vềkinh tế), kết luận lựa chọn phơng án móng

1.4 Giải pháp mặt bằng móng

II Tính toán nền móng

2.1 Tải trọng tác dụng lên móng :

- Tải tính toán ;

- Tải tiêu chuẩn

2.2 Xác định sức chịu tải của cọc