THUYẾT MINH THIẾT kế kỹ THUẬT CÔNG TRÌNH hội nghị tỉnh trà vinh

Giới thiệu nội dung tính toán kết cấu phần thân kết cấu khung: Nội dung tính toán kết cấu khung cột – dầm – sàn gồm có: - Xây dựng mô hình tính toán kết cấu khung trong không gian sao ch

THUYẾT MINH THIẾT KẾ KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH Hội Nghị Tỉnh TrÀ

Vinh

I ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Các tiêu chuẩn áp dụng:

Phần tải trọng :

- TCXDVN 2737–1995 : Tiêu chuẩn tải trọng và tác động

- TCXDVN 229-1999 : Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải gió

Phần Thân:

- TCXDVN 356–2005 : Tiêu chuẩn thiết kế BTCT

- TCXDVN 338–2005 : Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép

- TCXDVN 198–1997 : Nhà cao tầng-Thiết kế kết cấu BTCT toàn khối

- TCXDVN 305–2004 : Bê tông khối lớn – quy phạm thi công và nghiệm thu

- TCXDVN 4453–1995 : Kết cấu BT và BTCT toàn khối Quy phạm thi công và nghiệm thu

- BS 8110: Kết cấu sử dụng bê tông (tiêu chuẩn Anh quốc)

- BS 5400: Kết cấu thép, bê tông và composite (tiêu chuẩn Anh quốc)

II TÍNH TOÁN KẾT CẤU PHẦN THÂN

1 Giới thiệu nội dung tính toán kết cấu phần thân (kết cấu khung):

Nội dung tính toán kết cấu khung (cột – dầm – sàn) gồm có:

- Xây dựng mô hình tính toán kết cấu khung trong không gian sao cho phản ánh trung thực nhất điều kiện làm việc của kết cấu công trình ( như dạng hình học của phần tử, điều kiện liên kết) Vì công trình có khe co giãn, nên khi xây dựng mô hình có thể tách ra làm ba khối: 1 khối giữa và 2 khối biên.

- Xác định đầy đủ các loại tải trọng tác động lên kết cấu khung (TCVN 2737 – 95) tải trọng thẳng đứng (tĩnh tải, hoạt tải trên các sàn), tải trọng ngang ( tải gió, động đất, áp lực đất).

- Phân tích động học của công trình để xác định các tần số dao động ứng với các mode dao động khác nhau, xác định gia tốc dao dộng của công trình

- Phân tích tĩnh học của công trình để xác định chuyển vị và nội lực trong các phần tử kết cấu ( cột, dầm, sàn, vách) Tiếp đó sử dụng kết quả nội lực thu được để tính toán và bố trí cốt thép cho các phần tử kết cấu Kết quả về chuyển vị trong các phần tử kết cấu dùng để kiểm tra độ võng lớn nhất của dầm, sàn, chuyển vị ngang tại đỉnh công trình.

2 Danh mục phần mềm sử dụng:

- Phần mềm tính toán kết cấu khung: sử dụng phần mềm chuyên dụng cho thiết kết nhà cao tầng của CSI (Bberkeley) ETABS 9.70

- CEDRUS Version 5.0 Phân tích sàn dự ứng lực.

- FAGUS Version 5.0 Phân tích tiết diện cấu kiện dự ứng lực và bê tông.

3 Tải trọng tác dụng lên hệ kết cấu

- Tải trọng tác dụng lên công trình bao gồm:

a Tĩnh tải:

- Tĩnh tải gồm có trọng lượng bản thân của các hạng mục kết cấu chịu lực như: cột, dầm, sàn, vách cứng, và các cấu kiện khác như :tường gạch, gạch lát nền vữa lót trát.

- Trọng lượng bản thân của các hạng mục kết cấu chịu lực được tính tự động bởi chương trình ETABS, còn giá trị các loại tĩnh tải khác được nêu trong bảng 3 và 4.

Bảng 3: Tĩnh tải trên sàn

trọng do trọng lượng bản thân các các cấu kiện như: tường ngăn, tường bao che, các lớp hoàn thiện mặt sàn, trần, các đường ống kỹ thuật…, sẽ được xác định theo kích thước thực tế (do nhà sản xuất cung cấp)

Bảng 4: Tĩnh tải do tường gạch:

(kG/m3)

(kG/m²)

b Hoạt tải tác dụng lên sàn:

- Các giá trị hoạt tải tác dụng lên sàn được nêu trong bảng 5:

Đĩng trần và đường

ống kĩ thuật

55

Bảng 5: Hoạt tải

Hoạt tải tác dụng p tc

(kG/m²)

(kG/m²)

Sảnh các tầng, hành lang

Sảnh triển lãm, chiêu đãi,

Kho trang phục, kho bài trí,

c Tải trọng gió:

- Tải trọng ngang do gió tác động lên công trình được tính theo TCVN 2737 – 1995

- Do công trình có chiều cao nhỏ hơn 40m nên khi tính áp lực gió không cần xét phần động

+ Thành phần tĩnh của tải gió:

- Giá trị tiêu chuẩn W:

Trong đó:

o Wo = giá trị áp lực của gió lấy theo vùng IIA (Wo = 0.83 kN/m²)

o k = hệ số kể đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình ( dạng C)

o c = hệ số khí động

- Áp lực gió tiêu chuẩn: 83 ( daN/m² )

Tải trọng gió tĩnh khối giữa:

- Hoạt tải sử dụng.

- Gió trái theo phương X

- Gió phải theo phương X.

- Gió trái theo phương Y

- Gió phải theo phương Y

Các trường hợp tổ hợp tải trọng:

10 Tổ hợp BAO ( 1,2,3,4,5,6,7,8,9 )

5 Mô hình tính toán kết cấu:

a Vật liệu:

- Dùng bêtông cấp độ bền B30, Rb = 17 MPa;

- Cốt thép Þ ≤ 8 dùng CI,AI có Rs = Rsc = 225 MPa

- Cốt thép Þ > 8 dùng CII,AII có Rs = Rsc = 280 Mpa

b Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột:

Tiết diện cột được chọn sơ bộ theo công thức:

-Với cột biên ta lấy kt = 1,3.

-Với cột góc ta lấy kt = 1,2.

-Với cột giữa ta lấy kt = 1,5.

+ N: lực nén được tính toán gần đúng như sau:

N = mS.q.FS

Trong đó:

mS: số tầng phía trên tiết diện đang xét

FS: diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét.

q: tải trọng tương đương tính trên mỗi mét vuông mặt sàn Giá trị q được lấy theo kinh nghiệm thiết kế Với sàn bêtông dày 22 cm lấy q = 15 (kN/m2) Tại những vị trí hoạt tải và tải tường lớn như kho chứa có thể lấy q = 25 (kN/m2)

c Mô hình tính toán kết cấu:

- Để đảm bảo tính tổng thể của công trình do đó sử dụng mô hình tính toán hệ khung không gian ngàm vào hệ móng.

Mô hình khối giữa.

Mô hình khối biên:

6 Tính toán thiết kế cột:

- Dựa trên kết quả nội lực trong các phần tử cột xuất ra từ chương trình Etab (gồm lực dọc N, moment Mx, My), việc tính toán bố trí cốt thép cho cột bê tông cốt thép sẽ tiến hành với các tổ hợp tải trọng khác nhau

- Ứng với mỗi tổ hợp tải trọng cốt thép trong cột được tính toán theo bài toán nén lệch tâm xiên với các cạnh của tiết diện cột.

- Lý thuyết tính cột theo phương pháp nén lệch tâm xiên tuân theo TCVN 356-2005 Tại mỗi tiết diện tìm các cặp nội lực sau :

Nmax, Mx, My tương ứng.

Mx max, N, My tương ứng.

My max, N, Mx tương ứng.

Mx và My cùng lớn.

6.1 Tính toán thép cột :

- Các cặp nội lực nguy hiểm dùng để tính cột: khung làm việc không gian nên cột chịu momen theo 2 phương X, Y Do đó cột sẽ chịu nén lệch tâm xiên, các cặp nội lực nguy hiểm dùng để tính cột sẽ là:

Nmax, Mx, My tương ứng.

Mx max, N, My tương ứng.

My max, N, Mx tương ứng.

Mx và My cùng lớn.

Có độ lệch tâm 1 hoặc lớn.

x x

M e N

e N



Y My

Mx X

Ở đây ta chỉ xét đến 3 cặp nội lực đầu tiên.

6.2 Phương pháp tính cốt thép cột

Sử dụng phương pháp gần đúng để tính toán cột nén lệch tâm xiên Biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương để tính với trình tự như sau:

a/Tính độ lệch tâm theo từng phương:

Xét đến độ lệch tâm ngẫu nhiên ea theo mỗi phương.

Lúc này độ lệch tâm ban đầu:e0x = max(e1x, eax)

e0y = max(e1y, eay)

Trong đó:lc : chiều cao cột.

h : chiều cao tiết diện cột.

;

Mx – mô men theo phương X.

My – mô men theo phương Y.

Qui ước: mô men xoay quanh trục Y là Mx, xoay quanh trục X là My Trong lúc thể hiện mặt cắt bố trí thép đã thực thiện xoay trục cho phù hợp với lý thuyết tính toán đã đưa ra.

Hình 3.4 Qui ước chiều mô men trong cột.

b/Tính hệ số uốn dọc theo từng phương:

Tìm độ mảnh từng phương x = , y =

Xét ảnh hưởng của uốn dọc theo từng phương khi độ mảnh theo từng phương lớn hơn 14 và bỏ qua khi độ mảnh lớn hơn 14 Hệ số ảnh hưởng uốn dọc:

1 600 ax

1 30

c a



0 x

x

l i

0 y

y

l i

Trong đó :

l – hệ số kể đến tác động dài hạn của tải trọng đến độ cong của cấu kiện.

Lưu ý: Nếu mô men uốn do toàn bộ tải trọng M và do tổng tải trọng thường

xuyên và dài hạn Ml có dấu khác nhau thì l được lấy như sau:

Khi

Khi

Trong đó: l1 – được xác định như l nhưng lấy M =Na

a – khoảng cách từ trọng tâm tiết diện dến thớ chịu kéo –nén ít do Ml , Nl gây ra

e – hệ số, lấy bằng e0 / h, nhưng nhỏ hơn e,min

Lúc này Mx1 =Nxeox ; My1 =Nyeoy.

c/Tính toán cột tiết diện chữ nhật theo phương pháp gần đúng:

Xét tiết diện cạnh Cx ,Cy Điều kiện để áp dụng phương pháp gần đúng là:

, cốt thép được đặt theo chu vi, phân bố đều hoặc mật độ cốt thép trên cạnh b có thể lớn hơn (cạnh b được giải thích ở bảng về mô hình tính).

Tiết diện chịu lực nén N, mô men uốn Mx, My, độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay Sau khi xét uốn dọc theo 2 phương, ta có:

Mx1 =Nxeox = x Mx ; My1 =Nyeoy = yMy.

Tùy theo tương quan giữa giá trị Mx1 và My1 với kích thước các cạnh mà ta đưa về một trong hai mô hình tính toán (theo phương X hoặc Y).

Bảng 3.2 Phân loại điều kiện làm việc của cột

M M

0.1 0.1

Giả thiết chiều dày lớp bê tông bảo vệ ao, chọn a, tính ho = h – a; Z = h –2a.

Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng:

Hệ số chuyển đổi mo

Khi x1 h0 thì mo = 1 -

x1> h0 thì mo = 0.4 Tính mô men tương đương (đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệch tâm phẳng ):

M = M1 + moM2

Độ lệch tâm ; tính eo = max( e1; ea ); e = eo + h/2 –a

Tính toán độ mảnh theo hai phương:

Dựa vào độ lệch tâm eo và giá trị x1 để phân biệt các trường hợp tính toán.

- Trường hợp 1: Nén lệch tâm rất bé khi , tính toán gần như nén đúng tâm.

Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm e:

e = Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm:

e =  + Khi  lấy  = 1; khi 14 <  < 104 lấy  theo công thức:

 = 1.028 – 0.00002882 – 0.0016

Diện tích toàn bộ cốt thép dọc Ast:

Cốt thép được chọn đặt đều theo chu vi (mật độ cốt thép trên cạnh b có thể lớn hơn).

b

N x

R b





1 0

0.6x h

h b

1

M e N



oy ox

e h

1 (0.5   )(2   )

(1 ) 0.3

 

 14



e b e st

N

R bh A

- Trường hợp 2: Khi đồng thời x1 > Rho , tính toán theo trường hợp nén lệch tâm bé.

Xác định chiều cao vùng nén x:

, Diện tích toàn bộ cốt thép Ast: Ast = k = 0.4

- Trường hợp 3: Khi đồng thời x1 < Rho Tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn.

- Kí hiệu và vị trí của cột trong mô hình Etabs:

+ Vị trí cột khối giữa:

0.3

o o

e h

e h

e h

- Vị trí cột khối biên:

6.3 Kết quả tính toán cốt thép cho hệ cột bê tông cốt thép của công trình:

- Khối giữa :

h

-cm cmb - Nh¾cnhë

Actch än

TANG1 C5 COMB8 29.57 0.166 0.377 20 40 LT ratbe 8 1

10

TANG2 C12 COMB1 119.4 11.774 3.203 50 30 LT lon 15 1 10

LT rat

TANG4 C24 COMB8 9.39 1.382 2.394 20 40 LT lon 9.74 1.22

LT rat

LT rat

HAM C31 COMB1 175.57 0.264 4.003 40 60 LT ratbe 24 1

BASE1 C39 COMB6 274.55 0.953 7.022 60 40 LT ratbe 24 1 16

LT rat

BASE1 C47 COMB6 261.81 3.582 2.034 60 40 LT ratbe 24 1 14

LT rat

TANG3 C60 COMB8 21.59 17.35 7.746 60 40 LT lon 32.09 1.34 12

LT rat

TANG3 C73 COMB8 57.84 0.203 1.373 40 60 LT ratbe 24 1 10

TANG1 C87 COMB9 96.65 3.344 3.7 40 60 LT ratbe 24 1 14

TANG3 C104 COMB9 82.75 0.114 0.944 50 40 LT ratbe 20 1 10

TANG3 C118 COMB1 90.43 0.876 5.674 30 50 LT ratbe 15 1 10

LT rat

TANG2 C208 COMB1 22.9 0.899 0.084 40 20 LT ratbe 8 1

LT rat

TANG1 C240 COMB1 129.23 0.045 0.197 30 50 LT ratbe 15 1 10

- Khoái bieân :

h cm

b cm

-Nh¾cnhë

Actchä n





Bè trÝ thÐp chänAs

TANG2 C33 COMB7 103.41 1.859 0.403 40 40 LT ratbe 16 1 12

TANG1 C43 COMB1 95.53 0.45 1.103 40 40 LT ratbe 16 1 12

TANG4 C56 COMB1 23.56 10.064 0.5 50 50 LT lon 25 1 16

TANG1 C99 COMB3 23.67 0.121 0.433 40 20 LT ratbe 8 1 6