thuyet minh do an tot nghiep Xay dung (Kết cấu 70%)

 Hệ kết cấu hỗn hợp : là hệ chịu lực kết hợp từ 2 hệ cơ bản trở lên, mang nhiều điểm ưu việt của các kết cấu cơ bản, khả năng chịu lực khá lớn : hệ khung giằng, hệ khung – vách, hệ khung – lõi… Trong đó hệ kết cấu khung vách và khung – lõi là 2 dạng hệ kết cấu được sử dụng phổ biến hiện nay cho nhà cao tầng. Trong hệ kết cấu có vách và lõi, vách và lõi có chức năng chịu tải trọng ngang là chủ yếu. Hệ kết cấu vách và lõi tỏ ra thích hợp cho các công trình có yêu cầu thiết kế sàn phẳng vì vách và lõi kết hợp với sàn tạo thành những hộp có độ cứng không gian lớn, có thể chịu tải trong ngang cực kỳ tốt.

PHẦN 2

KẾT CẤU

(70%)

CHƯƠNG 2

KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

I LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU BÊN TRÊN

1 HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC CHÍNH NHÀ CAO TẦNG

Kết cấu chịu lực nhà cao tầng có thể phân loại như sau :

 Hệ kết cấu cơ bản ( hệ kết cấu thuần ) : gồm hệ thuần khung, hệ kết cấu lõi cứng, hệ ống … Trong đó, hệ thuần khung là hệ kết cấu phổ biên nhất trong kết cấu bê tông cốt thép Hệ gồm cấu kiện thẳng đứng ( cột ) và cấu kiện ngang ( dầm khung ) liên kết với nhau thành các khung chịu lực Khung chịu toàn bộ tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang tác động vào công trình Tường đóng vai trò kết cấu bao che Hệ thuần khung nếu tính toán và sử dụng vật liện hợp lý thì có thể đạt đến 15 tầng

 Hệ kết cấu hỗn hợp : là hệ chịu lực kết hợp từ 2 hệ cơ bản trở lên, mang nhiều điểm ưu việt của các kết cấu cơ bản, khả năng chịu lực khá lớn : hệ khung giằng, hệ khung – vách, hệ khung – lõi… Trong đó hệ kết cấu khung - vách và khung – lõi là 2 dạng hệ kết cấu được sử dụng phổ biến hiện nay cho nhà cao tầng Trong hệ kết cấu có vách và lõi, vách và lõi có chức năng chịu tải trọng ngang là chủ yếu Hệ kết cấu vách và lõi tỏ ra thích hợp cho các công trình có yêu cầu thiết kế sàn phẳng vì vách và lõi kết hợp với sàn tạo thành những hộp có độ cứng không gian lớn, có thể chịu tải trong ngang cực kỳ tốt

 Công trình Block B1 khu phức hợp Charm plaza là công trình chung cư cao cấp, có hệ kết cấu chịu lực là khung kết hợp lõi cứng Lõi cứng ( hệ tổ hợp nhiều vách cứng theo nhiều phương ), được bố trí đối xứng làm tăng khả năng chịu tải trọng ngang

và khả năng chống xoắn cho nhà, đồng thời là kết cấu chịu lực cho thang máy Lợi dụng

độ cứng lớn của lõi và vị trí lõi ở giữa công trình, ta đặt hệ cầu thang bộ nằm trong lõi

2 HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC THẲNG ĐỨNG ( CỘT – VÁCH – LÕI )

a Tổng quan

Đây là những bộ phận kết cấu chịu lực quan trọng nhất của công trình, có ảnh hưởng lớn đến việc lực chọn các giải pháp kết cấu cho toàn bộ công trình Vai trỏ của hệ kết cấu thẳng đứng :

- Là gối tựa nâng đỡ và tiếp nhận tải trọng từ hệ kết cấu ngang ( dầm, sàn ) và cùng với dầm, sàn tạo thành những khung cứng, tạo không gian sử dụng bên trong công trình

- Là bộ phận trực tiếp tiếp nhận tải trọng từ hệ dầm, sàn và truyền xuống móng công trình

- Là bộ phận tiếp nhận chính tải trọng ngang tác động vào công trình, phân phối vào từng cấu kiện cột, vách và truyền xuống móng

- Đóng vai trò quan trọng trong việc giữ ổn định tổng thể công trình, hạn chế sự dao động của công trình, quyết định dạng dao động của công trình khi chịu tải trọng ngang

Trong thực tế hiện nay, bộ phận kết cấu thẳng đứng cho kết cấu nhà cao tầng gồm những loại cấu kiện sau :

- Cột : là cấu kiện đứng phổ biến và điển hình nhất Xuất hiện trong hệ kết cấu thuần khung, kết cấu khung kết hợp

- Vách cứng chịu lực : là kết cấi chịu lực được sử dụng ngày càng nhiều trong kết cấu nhà cao tầng Vách chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang đều tốt, lại khá thích hợp với kết cấu sàn phẳng trong việc kết hợp chịu lực, phù hợp với công trình có yêu cầu kiến trúc cao Vách cũng là giải pháp để hạn chế chuyển vị ngang công trình rất tốt.Tùy vào quy mô và yêu cầu công trình mà có thể sử dụng hệ khung vách kết hợp hoặc hệ thuần vách Hình dạng vách thường là vách đơn hoặc vách gồm 2 vách đơn kết hợp theo hình chữ L hoặc chữ T

- Lõi : là mốt tổ hợp vách theo 2 phương, dạng chữ C, chữ E hoặc phức tạp hơn Mang nhiều ưu điểm của vách Bên cạnh đó còn tăng cường khả năng chống xoắn

- Kết cấu ống

- Các hệ kết cấu kết hợp

b Lựa chọn

Do đặc điểm công trình có kích thước theo 2 phương tương đối chênh lệch lớn, khả năng chống xoắn của công trình thấp nên ta bố trí 2 hệ lõi trung tâm ở 2 khối tăng khà năng chống xoắn cho công trình, bên cạnh đó là hệ kết cấu chịu tải trọng thẳng đứng rất tốt cùng với hệ cột biên Kết cấu thẳng đứng còn có hệ các cột biên được liên kết với nhau bằng dầm biên và sàn Vì công trình có chiều cao không lớn ( khoảng 45m) không cần thiết sử dụng vách chịu lực, bên cạnh đó là để tạo sự thông thoáng cho những khu vực cần không gian rộng rãi như tầng hầm và tầng Trung tâm thương mại nên hệ cột là hợp lý Cột và lõi liên kết cùng làm việc với nhau thông quan hệ thống sàn phẳng

Bên cạnh đó, do tính tương thích khi làm việc của cột và hệ sàn phẳng, lõi khá phức tạp do sự chênh lệch khá lớn về độ cứng nên phải tính toán và kiểm tra kỹ lưỡng

3 HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC NẰM NGANG ( DẦM - SÀN )

a Tổng quan

Lựa chọn giải pháp kết cấu nằm ngang tựu chung lại là lựa chọn phương án sàn cho công trình Đó có thể là hệ sàn sườn ( sàn liên kết tuyến trên hệ dầm sàn và dầm khung, dầm liên kết với cột, vách và lõi với nhau cùng làm việc để truyền tải trọng thẳng đứng xuống móng ) Ngoải ra còn có kết cầu sàn phẳng, không dầm, sàn liên kết điểm trực tiếp lên cột, vách và lõi Khi đó sàn thay dầm đóng vai trò liên kết cột, vách và või làm việc với nhau

Điểm khác biệt cơ bản của 2 phương án sàn trên là ở tính chất làm việc chịu lực của sàn

- Sàn sườn : bản sàn được tính toán chủ yếu là cấu kiện chịu uốn

- Sàn phẳng : bên cạnh sự làm việc chịu uốn, sàn phẳng còn là cấu kiện chịu nén khi chịu tải trọng ngang, đặc biệt là sàn liên kết với vách và lõi Bên cạnh đó còn phải đảm bảo khả năng chống cắt tại vị trí đầu cột cho sàn Do đó tính toán sàn phẳng tương đối phức tạp

Lựa chọn phương án sàn là bước lựa chọn vô cùng quan trọng, bởi nó quyết định lớn đến sự làm việc hợp lý và tính kinh tế cho công trình Theo thống kê, khối lượng bê tông trong sàn chiếm khoảng 30 ÷ 40 % tổng khối lượng bê tông công trình đồng thời tải trọng bản thân sàn là tải trọng tĩnh chính tác động lên khung Thi công sàn cũng khá phức tạp, vì vậy cần cân nhắc các giải pháp sàn để tìm ra giải pháp tối ưu phù hợp với yêu cầu và đặc điểm công trình Ta xem xét 1 số phương án sàn phổ biến sau :

 Hệ sàn sườn

Gồm hệ dầm và bản sàn Hệ dầm có thể chỉ gồm dầm chính ( dầm khung ) với những sàn có khẩu độ không lớn, hoặc bố trí thêm hệ dầm phụ trực giao, dầm sàn để hạn chế độ võng sàn

- Ưu điểm :

 Tính toán đơn giản ( có thể sử dụng các bảng tra ), Tiêu chuẩn Việt Nam hướng dẫn rõ ràng

 Chiều dày sàn bé

 Được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất.

- Nhược điểm :

 Hệ dầm chiếm không gian, làm tăng chiều cao tầng, không thích hợp cho nhà

có chiều cao tầng thấp ( từ 3.3m trở xuống ) Không phù hợp với nhà cao tầng cần hạn chế chiều cao công trình để hạn chế ảnh hưởng tải trọng gió

 Thi công tốn cốp pha dầm

 Hệ sàn sườn kiểu ô cờ

Gồm hệ dầm và bản sàn Hệ dầm khá dày chia ô sàn thành những ô bản 2 phương nhịp khá bé

- Ưu điểm :

 Không đòi hỏi hệ cột bên trong công trình, vượt nhịp lớn vào tạo không gian rộng rãi

 Chiều dày sàn bé

 Có tính thẩm mỹ

- Nhược điểm :

 Hệ dầm thi công qua phức tạp, tốn kém

 Hệ dầm chiếm không gian theo phương đứng lớn, ảnh hưởng chiều cao sử dụng

 Hệ sàn phẳng không dầm

Là sàn có liên kết điểm với cột hoặc liên kết trực tiếp vào vách, lõi cứng , có thể

bố trí thêm hệ dầm biên theo chu vi công trình Tùy vào điều kiện tải trọng, nhịp làm việc và yêu cầu kiến trúc mà có thể bố trí mũ cột hoặc drop panel tại vị trí đầu cột

- Ưu điểm :

 Giảm đáng kể không gian chiều cao tầng nhà do không tốn không gian cho dầm Từ đó giảm chiều cao toàn công trình, giảm tác dụng của tải trọng ngang

 Có tính thẩm mỹ cao, thông thoáng và lấy sáng tốt

 Thuận tiện khi bố trí trần kỹ thuật

 Linh hoạt trong phân chia không gian bên dưới

 Thi công nhanh vì không tốn thời gian cho cốp pha và cốt thép dầm, bố trí thép trong sàn trở nên đơn giản hơn

- Nhược điểm :

 Chiều dày sản khá lớn để đảm bảo khả năng chịu cắt và biến dạng, làm tăng tải trọng bản thân của công trình tích lũy xuống cột và móng

 Chi phí bê tông tăng

 TCVN chưa quy định và hướng dẫn cụ thể trong tính toán sàn phẳng cũng như

mũ cột và drop panel

 Hệ sàn không dầm ứng lực trước

Kết cấu tương tự sàn không dầm, khác biệt là ở BTCT đã ứng suất trước

- Ưu điểm :

 Mang toàn bộ những ưu điểm của sàn không dầm thông thường, bê cạnh đó còn khắc phục 1 số hạn chế sau của sàn không dầm

 Giảm chiều dày sàn do vật liệu có cường độ cao nhờ ứng suất trước Từ đó giảm trọng lượng bản thân kết cấu

 Vật liệu ứng suất trước làm việc tối ưu vì phù hợp với đặc điểm chịu lực ( biểu

đồ Moment)

- Nhược điểm : sàn ứng suất trước phát sinh 1 số vấn đề sau

 Thi công sàn ứng suất trước đòi hỏi thiết bị chuyên dụng phức tạp, chưa phổ biến ở Việt Nam Đồng thời quá trình thi công phải chính xác nên đòi hỏi tay nghể thợ cao Chi phí thi công do vậy tăng lên

b Lựa chọn

Kết cấu chịu lực chính của công trình là khung kết hợp lõi cứng Cột và vách đóng vai trò chịu tải trọng chính Hệ sàn đóng vai trò liên kết các cấu kiện thẳng đứng và truyền tải trọng ngang trong khung

Vì chiều cao tầng hạn chế : Ht = 3.3 m, với yêu cầu sử dụng là nhà ở, yếu tố thông thoáng chiếu sàng và rộng rãi, tiện nghi được đặt trên hàng đầu, đồng thời đảm bảo không gian cho hệ thống trần kỹ thuật, ta chọn hệ kết cấu sàn phẳng với hệ dầm biên ( bao quanh chu vi công trình ) để giảm chiều cao hệ sàn ( chiều dày sàn lớn hơn nhưng không có hệ thống dầm )

Hệ sàn này đặt trên hệ dầm biên, hệ lõi cứng và 2 cột giữa, kết hợp với lõi cứng tạo thành hệ chịu lực ngang khá tốt Bên cạnh đó, sàn phẳng khá ưu việt trong việc bố trí

hệ tường ngăn, vách ngăn bên dưới rất linh hoạt, phù hợp cho công trình chung cư

Trong thự tế, công trình đã đi vào thi công và phương án sàn thiết kế cũng là sàn không dầm

II LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU PHẦN NGẦM

1 PHƯƠNG ÁN MÓNG

Với công trình nhà cao tầng , với điều kiện địa chất trung bình, giải pháp móng nông trên nền tự nhiên hoặc nền qua gia cố là không khả thi Móng sâu ( mọc cọc ) là giải pháp hữ hiệu, vừa đảm bảo phần nền của công trình là lớp địa chất tốt, khả năng chịu tải lớn, bên cạnh đó móng sâu đảm bảo chiều sâu phần móng trong đất đủ lớn để giữ ổn định cho phần thân công trình

Tùy thuộc vào điều kiện địa chất và quy mô công trình cụ thể mà lựa chọn phương án cọc Cọc ép và cọc đóng thường cho độ sâu không lớn, thi công khó trên 1 số loại đất, bên cạnh đó là sự ảnh hưởng xấu trong quá trình thi công cho công trình lân cận

Móng cọc khoan nhồi, cọc barrette là những giải pháp có thể cân nhắc lực chọn trong đó cọc khoan nhồi là phương án đang được sử dụng rộng rãi hiện nay

2 PHƯƠNG ÁN THI CÔNG TẦNG HẦM

Tầng hầm trong nhà cao tầng hiện nay khá phổ biến và hầu hết được sử dụng để tận dụng không gian Số tầng hầm càng nhiều thì mức độ khó càng tăng và phương an thi công càng phức tạp

Giải pháp chống đỡ vách đất khi đào tầng hầm là một trong những vấn đề cần tính toán đầu tiên Với những địa chất không quá yếu, số tầng ít, có thể sử dụng cừ lasen làm vách chống Nếu địa chất phực tạp, số lượng tầng hầm nhiều, chiều sâu đào lớn thì có thể kể đến 1 số phương pháp sau :

- Tường barrette có độ sâu lớn và khả năng chống tải trọng ngang tốt

- Cọc hàng ( cọc nhồi đường kính nhỏ )

- Cọc xi măng đất

3 LỰA CHỌN

Với công trình được xây dựng trên 1 lớp địa chất yếu bên trên, các phương án lựa chọn như sau :

 Giải pháp móng : tính toán và so sánh phương án móng cọc ép và cọc khoan nhồi Sau đó chọn 1 phương án móng để tiến hành thi công

 Thi công tầng hầm tùy vào phương án thi công, địa chất, quy mô công trình và đặc điểm điều kiện thi công mà có thể sử dụng phương án đào taluy hoặc sử dụng cừ lasen

III LỰA CHỌN VẬT LIỆU

1 TỔNG QUAN

Kết cấu nhà cao tầng hiện nay có nhiều sự lựa chọn vật liệu : từ những vật liệu phổ biến và phổ thông như bê tông cốt thép, thép, vật liệu composite, các hợp kim nhẹ khác Riêng tại Việt Nam, ngoài những công trình mang tính biểu tượng biểu trưng, cần đòi hỏi những yêu cầu đặc biệt về kiến trúc, hầu hết các công trình cao tầng hiện nay và trong tương lai gần sắp tới thì bê tông cốt thép vẫn luôn là sự lựa chọn hàng đầu bởi tính thông dụng, những đặc điểm tốt của bê tông về chịu lực, chống ăn mòn, vật liệu phổ biến…và khả năng thi công tương đối hoàn thiện của các đơn vị thi công Vật liệu thép trong nhà cao tầng còn hạn chế và rất ít do nhiều nguyên nhân trong đó phải kể đến là sự khan hiếm của nguồn vật liệu, ít đơn vị có khả năng thi công cũng như kinh nghiệm thiết

kế đủ khả năng

Trên thực tế, công trình Charm Plaza hiện tại đang đi vào triển khai cũng lựa chọn giải pháp là kết cấu bê tông cốt thép

2 LỰA CHỌN

a Bê tông

 Cấp độ bền và giá trị quan tâm :

- Cấp độ bền B25 ( tương đương Mac M350)

- Trọng lượng riêng : γ = 2500 (kG/m3)

- Cường độ tiêu chuẩn nén dọc trục : Rbn = Rb,ser ( cường độ chịu nén tính toán khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ 2 ) : 18.5 MPa

- Cường độ tiêu chuẩn kéo dọc trục : Rbtn = Rbt,ser ( cường độ chịu kéo tính toán khi tính toán theo trạng thái giới hạn thứ 2 ) : 1.6 MPa

- Cường độ tính toán nén dọc trục : Rb : 14.5 MPa

- Cường độ tính toán kéo dọc trục : Rbt : 1.05 MPa

- Module đàn hồi khi kéo và nén : Eb = 30000 MPa

Số liệu tra từ bảng 12, 13, 17 TCXDVN 356 : 2005.

 Một số hệ số điều kiện làm việc của cấu kiện BTCT cần quan tâm :

- Bê tông đóng rắn tự nhiên được dưỡng hộ và đóng rắn trong môi trường đảm bảo độ ẩm để bê tông được tăng cường độ theo thời gian : γb2= 1 ( lấy cho Rb và Rbt )

- Bê tông đóng rắn tự nhiên được dưỡng hộ và đóng rắn trong môi trường không đảm bảo độ ẩm để bê tông được tăng cường độ theo thời gian ( môi trường khô ) : γb2= 0.9 ( lấy cho Rb và Rbt )

cho Rb )

0.85 ( lấy cho Rb )

Các hệ số này được lấy tích số nếu chúng xảy ra đồng thời nhưng tích của chúng không bé hơn 0.45

Số liệu tra từ bảng 15 TCXDVN 365 : 2005.

b Cốt thép :

 Mác thép và giá trị cường độ :

 Thép gân đường kính 12mm trở lên

- Cốt thép AIII

- Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn : Rsn = Rs,ser ( cường độ tính toán khi tính theo trạng thái giới hạn thứ 2 ) : 390 MPa

- Cường độ chịu kéo tính toán : Rs : 365 MPa

- Cường độ chịu nén tính toán : Rsc : 365 MPa

- Cường độ tính toán cốt đai, cốt xiên, cốt chịu cắt : Rsw : 290 MPa

- Module đàn hồi : Es = 200000 MPa

 Thép trơn đường kính 6, 8, 10 mm

- Cốt thép AI

- Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn : Rsn = Rs,ser ( cường độ tính toán khi tính theo trạng thái giới hạn thứ 2 ) : 335 MPa

- Cường độ chịu kéo tính toán : Rs : 225 MPa

- Cường độ chịu nén tính toán : Rsc : 225 MPa

- Cường độ tính toán cốt đai, cốt xiên, cốt chịu cắt : Rsw : 175 MPa

- Module đàn hồi : Es = 210000 MPa

Số liệu tra từ bảng 18, 21, 28 TCXDVN 356 : 2005.

IV LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CẤU KIỆN

1 CỘT

a Lý thuyết lựa chọn sơ bộ

Theo kinh nghiệm, phương pháp lựa chọn sơ bộ tiết diện cột dựa trên lực dọc truyền lên đầu cột bởi các sàn tầng bên trên

Hệ kết cấu có lõi cứng đối xứng với khả năng chịu lực khá lớn, nhưng ta tính toán

an toàn và xem sự phân bố diện truyền tải vào cột và lõi là như nhau

- Chọn tiết diện cột sơ bộ theo công thức :

Fc =

* * *s s s

b

k n q F R

 k : hệ số tăng tiết diện kể đến ảnh hưởng của Momen trong cột k = (1.1 ÷ 1.5 )

 ns : số sàn trên cột cần tính ( kể cả sàn mái và mái)

 qs : tải trọng phân bố tính toán ước lượng trên sàn

 Fs : diện truyền tải lên đỉnh cột

 Rb : cường độ bê tông chịu nén

- Sơ đồ diện truyền tải từ sàn vào cột và lõi

9000 9000 9000

54000