Kết cấu phần 1

- Xác định sơ bộ kích thước các cấu kiện

PhÇn Ii kÕt cÊu

45%

I nhiÖm vô

II b¶n vÏ kÌm theo

Svth : Bïi ph¬ng ninh

Mssv : 3973.47

Ch ¬ng 1 C¬ së tÝnh to¸n

1 C¸c tµi liÖu sö dông trong tÝnh to¸n:

1 Tuyển tập tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam.

2 TCVN 2737-1995 Tải trọng và tác động Tiêu chuẩn thiết kế

3 TCVN 5574-1991 Kết cấu bê tông cốt thép Tiêu chuẩn thiết kế

4 TCXD 195:1997 Nhà cao tầng - thiết kế cọc khoan nhồi

2 Tài liệu tham khảo:

1 Phân tích và thiết kế kết cấu bằng phần mềm SAP 2000- Bùi Đức Vinh

2 Kết cấu bê tông cốt thép 1 – GS.TS Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Xuân Liên, Nguyễn Phấn Tấn

3 Kết cấu bê tông cốt thép 2 – Gs.Ts Ngô Thế Phong, Pts Lý Trần C-ờng, Pts Trịnh Kim Đạm, Pts Nguyễn Lê Ninh

4 Móng cọc - Phân tích và thiết kế - Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái

5 Kết cấu thép II (Công trình Dân ụng và Công Nghiệp) - Phạm VănĐụng và Công Nghiệp) - Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn T, Đoàn Ngọc Tranh, Hoàng Văn Quang

6 Lập kế hoạch tổ chức và chỉ đạo thi công - Nguyễ Đình Thám, Nguyễn Ngọc Thanh

7 Thiết kế tổng mặt bằng xây dựng - Trịnh Quốc Thắng

3 Vật liệu dùng trong tính toán:

- Bê tông: #300

+ Cờng độ tính toán về nén, Rn: 130 KG/cm2.

+ Cờng độ tính toán về kéo, Rk: 10 KG/cm2

+Môđun đàn hồi (Đợc xác định theo điều kiện bê tông nặng, khô cứng trong điều kiện

tự nhiên): Eb = 2.9x105 KG/cm2

- Thép:

Thép làm cốt thép cho cấu kiện bê tông cốt thép dùng loại thép sợi thông thờng theo tiêu chuẩn TCVN 5575 - 1991

Thép AI: Ra=Ra’=2300 kG/cm2

Thép AII: Ra=Ra’=2800 kG/cm2

Môđun đàn hồi: E = 2,1.106 KG/cm2

Ch ơng 2 thiết lập các dữ liệu tính toán

Do quy mô công trình là 12 tầng với chiều cao 44,4m thuộc loại công trình cao tầng cỡ trung bình (nhỏ hơn 20 tầng), giải pháp kết cấu thông dụng là hệ khung giằng, bao gồm hệ khung và vách bê tông cốt thép kết hợp cùng chịu lực

Trong quá trình làm việc, hệ thống khung chủ yếu chịu tải trọng đứng, hệ thống vách, lõi chủ yếu chịu tải trọng ngang Bên cạnh đó dới tác dụng của tải trọng ngang, khung chịu cắt là chủ yếu tức là chuyển vị tơng đối của các tầng trên là nhỏ, của các tầng dới lớn hơn Còn lõi và vách chịu uốn là chủ yếu, tức là chuyển vị tơng đối của các tầng trên lớn hơn của các tầng dới Điều này khiến cho chuyển vị của cả công trình giảm đi khi chúng làm việc cùng nhau

Đóng vai trò liên kết hai hệ thống là hệ kết cấu sàn Kết cấu sàn dầm (sàn s ờn) đợc sử dụng phổ biến cho các công trình nhà cao tầng Khi dùng kết cấu sàn dầm độ cứng ngang của công trình sẽ tăng do đó chuyển vị ngang sẽ giảm

II xác định sơ bộ kích th ớc các cấu kiện:

1 Chọn chiều dày bản sàn:

Chiều dày sàn đợc xác định sơ bộ theo công thức: hS=m l

D



Trong đó: - D: hệ số phụ thuộc tải trọng, D = 0,81,4

- m: hệ số phụ thuộc loại bản, với bản kê 4 cạnh m = 4050

với bản loại dầm m = 3035

- l: là chiều dài theo phơng chịu lực của ô bản

Chiều dày của toàn bộ các ô sàn đợc lấy bằng chiều dày của ô sàn có nhịp lớn nhất Tính cho hai ô sàn tầng điển hình có nhịp lớn nhất thuộc hai loại ô bản

Hình vẽ trích từ mặt bằng kết cấu thể hiện vị trí các ô bản:

 Với ô sàn S4:

Các kích thớc: l1 =4m

l2 =4,4 m

Tỷ số: 1 , 1 2

4

4 , 4

1

2







l

l

 Thuộc trờng hợp bản kê 4 cạnh

Chiều dày ô bản đợc lấy sơ bộ bằng: (D=1,0; m=40)

cm

h s 400 10

40

0

,

1







 Với ô sàn S2:

Các kích thớc: l1 =1,8m

l2 =4m

Tỷ số: 2 , 2 2

8 , 1

0 , 4

1

2







l

l

 Thuộc trờng hợp bản dầm

Chiều dày ô bản đợc lấy sơ bộ bằng: (D=1,0; m=35)

cm

h s 1 , 8 5 , 2

35

0

,

1





Để tăng khả năng chống rung và đảm bảo việc phân phối tải trọng ngang theo độ cứng của các khung ta chọn hS =12cm cho toàn nhà

2 Chọn tiết diện dầm:

Kích thớc tiết diện dầm đợc xác định sơ bộ theo công thức:

d d

d l

m

h  1 .

  d

b  0  , 3 0 , 5

Trong đó:

md= 8  12 đối với dầm chính

md= 12  20 đối với dầm phụ

 Với dầm chính và dầm phụ nhịp l=8m:

cm

h d 800 66 , 7

12

1





 Chọn kích thớc: (30x70)cm

 Với dầm phụ nhịp l=4m:

cm

h d 400 33 , 33

12

1





 Chọn kích thớc: (22x40)cm

 Với dầm phụ nhịp l=2,4m:

cm

h d 240 20

12

1





 Chọn kích thớc: (30x40)cm

3 Chọn tiết diện cột:

Kớch thước tiết diện cột được sơ bộ xỏc định theo cụng

thức

 

n b

R

N

F  1  , 2 1 , 5

Trong đú:

- N là lực nộn lớn nhất tỏc dụng lờn cột

- Rn là cường độ chịu nộn của bờ tụng, với bờ

tụng mỏc #300, Rn = 130 kG/cm2

Bề rộng b của cột cũn được xỏc định thoả món điều kiện về độ mảnh

Với cột chịu nộn lệch tõm, tỉ lệ giữa h và b được xỏc định theo cụng thức:

 b

h 1  , 5 3

Nhận xét thấy diện chịu tải của các cột khác nhau không nhiều nên thống nhất chọn tiết diện cột giống nhau cho toàn bộ hệ cột của công trình

Với diên chịu tải nh trên, các tải trọng tác dụng lên cột:

- Tờng 220: P=1,2.1014.(4+5,2)= 11194,56 kG

- Dầm chính: P=1,10,3.0,7.2500.(4+5,2)= 5313 kG

- Sàn : P=1,10,12.2500.5,2.4= 6864 kG

- Cột : P=1,1.0,6.0,6.2500.3,3=3267kG

(với giả thiết tiết diện cột : 60x60cm)

- Hoạt tải : P=360.4.5,2= 7488 kG

Tổng trọng lợng cấu kiện 1 tầng truyền lên cột:

N= 34126,56kG

Tổng trọng lợng cấu kiện 1 tầng truyền lên cột:

N= 12.34126,56=409518,72kG

Sơ bộ lựa chọn theo công thức :

Fb= (1,2 1,5)

n

R

N

= (1,2 1,5).12

n

R

N

=(1,2 1,5)

130

72 , 409518

= =(37804726)cm2

 Chọn kích thớc: 60x80cm

Nhận xét: Việc giảm tiết diện cột theo chiều cao của công trình là cần thiết đối với nhà cao tầng vì lý do kinh tế Song xét thấy, số lợng cột trên mặt bằng công trình không nhiều, việc giảm tiết diện cột không đem lại nhiều lợi ích về kinh tế Hơn nữa, để đơn giản trong thi công và nhất là độ cứng của công trình không bị thay đổi theo chiều cao, ta không tiến hành đổi tiết diện cột, tiết diện cột từ tầng 1 đến tầng 12 giữ nguyên kích thớc 60x80cm

4 Chọn kích th ớc t ờng:

 Tờng bao:

Đợc xây chung quanh chu vi nhà, do yêu cầu chống thấm, chống ẩm nên tờng dày 22

cm xây bằng gạch đặc M75

 Tờng ngăn:

Dùng ngăn chia không gian trong mỗi tầng, song tuỳ theo việc ngăn giữa các căn hộ hay ngăn trong 1 căn hộ mà có thể là tờng 22 cm hoặc 11 cm

5 Tiết diện vách:

Vách có chiều cao chạy suốt từ móng lên mái có độ cứng không đổi theo chiều cao của

nó

Độ dày của vách :







t

h t

20 1 150

(mm) trong đó : ht chiều cao của tầng nhà , ht= 4,2 m

 t 210 mm

Chän tho¶ m·n ®iÒu kÞªn trªn vµ tho¶ m·n yªu cÇu kiÕn tróc, chän lâi cã t=250mm, v¸ch cã t=300mm, thÓ hiÖn trªn h×nh vÏ

III LËp mÆt b»ng kÕt cÊu:

Thiết lập mặt bằng kết cấu sàn như bản vẽ KC-01, trong đó:

- Các dầm được kí hiệu lần lượt là D-1, D-2, …, D-i, …, đến D-24 Chỉ số trong ngoặc đơn thể hiện kích thước tiết diện tính theo cm của cấu kiện

- Các cột được kí hiệu lần lượt là C1, C2, …, Ci, …, đến C6 Chỉ số dưới tên cột thể hiện kích thước tiết diện tính theo cm của cấu kiện

- Các ô sàn được kí hiệu lần lượt là S1, S2, …, Si, …, đến S14

H×nh vÏ díi ®©y thÓ hiÖn mÆt b»ng kÕt cÊu tÇng 3 (tÇng ®iÓn h×nh)

Ch ơng 3 tải trọng và tác động

I Tải trọng đứng:

Tải trọng đứng tác dụng lên công trình bao gồm : Tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải ) và Tải trọng tạm thời (hoạt tải )

1 Tải trọng th ờng xuyên :

Tĩnh tải bao gồm trọng lợng bản thân các kết cấu nh cột, dầm, sàn, vách, lõi và tải trọng

do tờng đặt trên công trình Khi xác định tĩnh tải riêng, tải trọng bản thân của các phần tử cột, dầm, sàn, vách sẽ đợc Sap 2000 tự động cộng vào khi khai báo hệ số trọng lợng bản thân

Tải trọng thờng xuyên tác dụng lên sàn bao gồm trọng lợng bản thân bê tông sàn và các lớp vật liệu sàn

1.1 Sàn các tầng từ 1 11:

Stt Cấu tạo các lớp Chiều dày (m) (kG/m 3 ) Hệ số vợt tải Tải trọng (kG/m 2 )

4 Vữa trát trần 0.015 1800 1.3 35.1

1.2 Sàn mái:

Stt Cấu tạo các lớp Chiều dày (m) (kG/m 3 ) Hệ số vợt tải Tải trọng ( kG/m 2 )

1 Lớp gạch lá nem 0.02 1500 1.1 33

3 Lớp gạch rỗng 4 lỗ 0.1 1500 1.1 165

4 Lớp vữa lót XM 50# 0.01 1800 1,3 23,4

7 Lớp vữa trát trần 0.015 1800 1.3 46.8

1.3 Sàn ban công và khu vệ sinh:

Stt Các lớp sàn Chiều dày (m) kG/m 3 ) Hệ số vợt tải Tải trọng kG/m 2 )

1.4 Tĩnh tải t ờng 220:

1 Tờng gạch 0,22 2.6 1800 1.1 1132,56

2 Vữa trát 2 bên 2 x 0,015 2.6 1800 1.3 182,52

1.5 Tĩnh tải t ờng 110:

1 Tờng gạch 0,11 2.9 1800 1.1 631,62

2 Vữa trát 2 bên 2 x 0,015 2.9 1800 1.3 203,58

Kể đến lỗ cửa, tải trọng tờng 220 và 110 đợc nhân với hệ số 0,75

- Tờng 220 : 1351,56 x0,75 = 1014 kG/m

- Tờng 110: 835,2x 0,75 = 627 kG/m

1.6 T ờng ban công:

1 Tờng gạch 0,11 0,6 1800 1.1 130,68

Tổng cộng 172,8

1.7 T ờng chắn gió trên mái:

1 Tờng gạch 0,22 1,8 1800 1.1 784,08

2 Vữa trát 2 bên 2 x 0,015 1,8 1800 1.3 126,36

1.8 Tĩnh tải cầu thang:

Stt Cấu tạo các lớp Chiều dày (m) kG/m 3 ) Hệ số vợt tải Tải trọng kG/m 2 )

1 Lát gạch Ceramic 0.01 2000 1.1 22

2 Vữa ximăng M75# 0.02 1800 1.3 46,8

4 Bản BTCTdày120mm 0.12 2500 1.1 330

5 Vữa trát trần 15 mm 0.015 1800 1.3 35,1

1.9 Tĩnh tải chiếu nghỉ:

Stt Cấu tạo các lớp Chiều dày (m) kG/m 3 ) Hệ số vợt tải Tải trọng kG/m 2 )

1 Lát gạch Ceramic 0.01 2000 1.1 22

2 Vữa ximăng M75# 0.02 1800 1.3 46,8

3 Bản BTCTdày120mm 0.12 2500 1.1 330

4 Vữa trát trần 15 mm 0.015 1800 1.3 35,1

2 Tải trọng tạm thời :

Tải trọng tạm thời đợc lấy theo TCVN 2737-1995, tuỳ thuộc vào chức năng từng loại phòng

Stt Loại phòng chuẩn (kG/m Tải trọng tiêu 2 ) vợt tải Hệ số Tải tính toán (kG/m 2 )

4 Phòng Tắm, Vệ Sinh 150 1.3 195

8 Mái Bê Tông Cốt Thép 75 1.3 97.5

II Tải trọng ngang:

Tải trọng ngang xét đến ở đây là tải trọng tác dụng do gió Do công trình có tổng chiều cao là 44,4m nên theo Tiêu chuẩn Việt nam 2737-1995 ngoài tác dụng của thành phần tĩnh còn phải kể đến tác dụng của thành phần động của gió

1 Thành phần tĩnh của tải trọng gió:

Thành phần tĩnh của tải trọng giú được giả thiết tỏc dụng lờn cụng trỡnh tại cỏc mức sàn Giỏ trị tớnh toỏn thành phần tĩnh của tải trọng giú được xỏc định theo cụng thức

W = .WW o Wk.Wc

Trong đú:

 - Hệ số độ tin cậy của tải trọng giú  = 1,2

W o – Giỏ trị ỏp lực giú lấy theo bản đồ phõn vựng ỏp lực giú Hà Tõy nằm trong

vựng II.B, W o = 95 daN/cm2

k - Hệ số tớnh đến sự thay đổi của ỏp lực giú theo độ cao.

c - Hệ số khớ động Với cụng trỡnh thiết kế: chut = 0,6; cday = 0,8

Trong quỏ trỡnh tớnh toỏn, với giả thiết mụ hỡnh sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng sàn, giú hỳt và giú đẩy được gộp và làm một khi khai bỏo tải trọng

Bảng giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió:

(T/m 2 ) (T/m 2 ) (T/m 2 )

12 40.50 1.28 0.8 0.6 0.095 1.2 0.1170 0.0878 0.2048

11 37.20 1.26 0.8 0.6 0.095 1.2 0.1152 0.0864 0.2016

10 33.90 1.24 0.8 0.6 0.095 1.2 0.1134 0.0850 0.1984

9 30.60 1.22 0.8 0.6 0.095 1.2 0.1116 0.0837 0.1953

8 27.30 1.20 0.8 0.6 0.095 1.2 0.1090 0.0818 0.1908

7 24.00 1.17 0.8 0.6 0.095 1.2 0.1063 0.0798 0.1861

6 20.70 1.14 0.8 0.6 0.095 1.2 0.1036 0.0777 0.1814

5 17.40 1.10 0.8 0.6 0.095 1.2 0.1007 0.0755 0.1762

4 14.10 1.07 0.8 0.6 0.095 1.2 0.0972 0.0729 0.1701

3 10.80 1.01 0.8 0.6 0.095 1.2 0.0924 0.0693 0.1616

2 7.50 0.94 0.8 0.6 0.095 1.2 0.0857 0.0643 0.1500

1 4.20 0.85 0.8 0.6 0.095 1.2 0.0773 0.0580 0.1353

Tải trọng tác dụng vào phần tờng chắn gió đợc quy về cao trình mức sàn Tờng chắn gió cao 1,8m Cao trình tờng chắn mái: 40,5+1,8=42,3m k=1,29

 Wđẩy=1,2.0,095.1,29.0,8=0,118 (T/m2)

Whút=1,2.0,095.1,29.0,6=0,0885 (T/m2)

2 Thành phần động của tải trọng gió:

Để xỏc định giỏ trị thành phần động của tải trọng giú thỡ cần phải xỏ định tần số của cỏc dạng dao động riờng của cụng trỡnh Việc xỏc định cỏc tần số dao động riờng này được thực hiện bằng phẫn mềm SAP2000 với sơ đồ tớnh toỏn là sơ đồ khung khụng gian, tải trọng tỏc động bao gồm Tĩnh tải và 0,5.Hoạt tải Giải bằng phần mềm SAP ta thu được chu kỡ và tần

số cỏc dạng dao động riờng của cụng trỡnh như sau

T x1 = 1,27 s f x1 = 0,79 Hz

T y1 = 1,38 s f y1 = 0,72 Hz

T x2 = 0,35 s f x2 = 2,86 Hz

T y2 = 0,41 s f y2 = 2,44 Hz

Theo tiờu chuẩn, việc tớnh toỏn thành phần động của tải trọng giú cũn phụ thuộc vào độ

lớn của tần số dao động riờng đầu tiờn f 1 của cụng trỡnh so với tần số f L - giỏ trị giới hạn của tần số dao động riờng cho phộp khụng cần tớnh đến lực quỏn tớnh phỏt sinh khi cụng trỡnh

dao động theo dạng dao động riờng tương ứng Nếu f 1 > f L thỡ thành phần động của tải

trọng giú chỉ cần kể đến tỏc dụng của xung võn tốc giú Ngược lại, f 1 < f L thỡ thành phần động của tải trọng giú phải kể tỏc dụng của lực quỏn tớnh của cụng trỡnh

Với kết quả tớnh toỏn thu được ta thấy f 1 < f L =1,3Hz Như vậy, ta chỉ cần tớnh toỏn giú động với một dạng dao động ứng với mỗi phương của cụng trỡnh

Để đơn giản hoỏ quỏ trỡnh tớnh toỏn, ta chia cụng trỡnh ra 12 phần, thành phần động của tải trọng giú được qui ước là tỏc dụng lờn cỏc phần đú theo cỏc mức sàn Giỏ trị tớnh toỏn

thành phần động của tải trọng giú tỏc dụng lờn mỗi phần thứ j ứng với mỗi dạng dao động

được xỏc định theo cụng thức:

i j

M .

Trong đó

M j - khối lượng phần thứ j của công trình

j - Hệ số động lực

y j – Chuyển dịch ngang của phần thứ j, được lấy từ kết quả chạy dao động bằng SAP

 - Hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành r phần, trong phạm vi mỗi

phần tại trọng gió không đổi









 r

k

k k

r

k

pk k

M y

W y

1

2

1

 , với Wpk là thành phần gió động tác dụng lên phần thứ k của công trình

khi chỉ kể đến xung của gió

- Wkp được xác định như sau





k

W 

Trong đó

W k – Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ k của

công trình

 - Hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao ứng với phần thứ k của công trình

 - Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió Được xác định phụ thuộc hình dạng và kích thước mặt đón gió của công trình

Xác định hệ số tương quan không gian 

x (m) 40 y (m) 18,4

x (m) 40,5 y (m) 40,5

Xác định hệ số động lực 

Các đại lượng Phương x Phương y

 1,2

f 1 (Hz) 0,79 0,72

1

940

.

f

W o



Do mỗi phương chỉ tớnh với 1 dạng dao động, nờn thành phần tĩnh và thành phần động được gộp lại khi khai bỏo tải trọng giú

Kết quả tớnh toỏn được thể hiện trong cỏc bảng phụ lục tải trọng giú của cụng trỡnh

Ch ơng 4 Tính toán và tổ hợp nội lực

I Tính toán nội lực:

1 Sơ đồ tính toán:

Sơ đồ tính toán là sơ đồ khung không gian ngàm tại mặt móng

Giả thiết chiều cao cột tầng 1 (tính từ mặt móng) là 5,2m

Chiều dài tính toán các phần tử cột các tầng trên lấy bằng khoảng cách các sàn

Trục dầm và trục cột lấy gần đúng trùng với trục hình học của cấu kiện

Các cấu kiện vách, lõi đợc khai báo dới dạng phần tử Shell

2 Tải trọng tính toán:

Tải trọng tính toán để xác định nội lực bao gồm: tĩnh tải, hoạt tải sử dụng, tải trọng gió Giá trị các loại tải trọng đã đợc xác định ở phần trớc

2.1 Tĩnh tải:

Tĩnh tải đợc chất theo sơ đồ làm việc thực tế của công trình

2.2 Hoạt tải:

Hoạt tải đợc chất toàn bộ trên mặt bằng công trình Theo tiêu chuẩn, khi chất toàn bộ hoạt tải thì cần kể đến hệ số giảm tải Hệ số giảm tải cho cỏc phũng chức năng được lấy tuỳ theo diện tớch của phũng đú, xỏc định theo cụng thức:

1

/

6 , 0 4 ,

0

A A







Với A là diện tớch chịu tải, đơn vị là m2

Ta có bảng tính toán các giá trị hoạt tải khi kể đến hệ số giảm tải đợc liệt kê trong phần phụ lục

2.3 Tải trọng gió:

Tải trọng gió bao gồm gió tĩnh và gió động Trên cùng một mức sàn, giá trị gió tĩnh và gió động đợc cộng gộp làm một

3 Nội lực tính toán:

Sử dụng phần mềm SAP2000, ta xác định đợc nội lực của các cấu kiện

4 Tổ hợp nội lực:

Để tìm ra các nội lực nguy hiểm, phục vụ cho phần thiết kế các cấu kiện, ta tiến hành tổ hợp nội lực sau khi đã có kết quả tính toán nội lực Từ nhiệm vụ thiết kế đợc giao, việc tổ hợp nội lực đợc thực hiện trên các bảng, thống kế trong phần phụ lục

Sơ đồ khung tính toán