kết cấu trong tổ chức thi công công trình

Tuy nhiên nếu dùng kết cấu thép cho nhà cao tầng thì việc đảm bảo thi công tốt các mối nối là rất khó khăn, mặt khác giá thành công trình bằng thép thờng cao mà chi phí cho việc bảo quản

PhÇn II: kÕt cÊu (45%)

Gi¸o viªn híng dÉn : chu tiÕn dòng

Sinh viªn thùc hiÖn : nguyÔn v¨n tíi

Líp : 49xd3.

MSSV : 6471.49

NhiÖm vô thiÕt kÕ:

- Chän gi¶i ph¸p kÕt cÊu tæng thÓ cña c«ng tr×nh.

- 02 b¶n vÏ cÊu t¹o thÐp cét, dÇm - khung trôc 3.

- 01 b¶n vÏ cÊu t¹o thÐp sµn tÇng ®iÓn h×nh vµ cÇu thang bé.

- 01 b¶n vÏ mãng.

A Ph©n tÝch vµ chän lùa ph ¬ng ¸n kÕt cÊu cho c«ng tr×nh:

I C¸c gi¶i ph¸p kÕt cÊu th êng dïng cho nhµ cao tÇng:

cao tầng chịu tải trọng ngang lớn Tuy nhiên nếu dùng kết cấu thép cho nhà cao tầng thì việc đảm bảo thi công tốt các mối nối là rất khó khăn, mặt khác giá thành công trình bằng thép thờng cao mà chi phí cho việc bảo quản cấu kiện khi công trình đi vào

sử dụng là rất tốn kém, đặc biệt với môi trờng khí hậu Việt Nam, và công trình bằng thép kém bền với nhiệt độ, khi xảy ra hoả hoạn hoặc cháy nổ thì công trình bằng thép rất dễ chảy dẻo dẫn đến sụp đổ do không còn độ cứng để chống đỡ cả công trình Kết cấu nhà cao tầng bằng thép chỉ thực sự phát huy hiệu quả khi cần không gian sử dụng lớn, chiều cao nhà lớn (nhà siêu cao tầng), hoặc đối với các kết cấu nhịp lớn nh nhà thi đấu, mái sân vận động, nhà hát, viện bảo tàng (nhóm các công trình công cộng)…

- Bêtông cốt thép là loại vật liệu đợc sử dụng chính cho các công trình xây dựng trên thế giới Kết cấu bêtông cốt thép khắc phục đợc một số nhợc điểm của kết cấu thép nh thi công đơn giản hơn, vật liệu rẻ hơn, bền với môi trờng và nhiệt độ, ngoài ra

nó tận dụng đợc tính chịu nén rất tốt của bêtông và tính chịu kéo của cốt thép nhờ sự làm việc chung giữa chúng Tuy nhiên vật liệu bêtông cốt thép sẽ đòi hỏi kích thớc cấu kiện lớn, tải trọng bản thân của công trình tăng nhanh theo chiều cao khiến cho việc lựa chọn các giải pháp kết cấu để xử lý là phức tạp Do đó kết cấu bêtông cốt thép thờng phù hợp với các công trình dới 30 tầng.

2 Giải pháp về hệ kết cấu chịu lực :

Hiện nay, hệ kết cấu chịu lực của nhà cao tầng có các hệ sau:

a Hệ kết cấu khung chịu lực :

- Hệ khung thông thờng bao gồm các dầm ngang nối với các cột dọc thẳng

đứng bằng các nút cứng Khung có thể bao gồm cả tờng trong và tờng ngoài của nhà Kết cấu này chịu tải trọng ngang kém, tính liên tục của khung cứng phụ thuộc vào độ bền và độ cứng của các liên kết nút khi chịu uốn, các liên kết này không đợc phép có biến dạng góc Khả năng chịu lực của khung phụ thuộc rất nhiều vào khả năng chịu lực của từng dầm và từng cột.

- Việc thiết kế tính toán sơ đồ này chúng ta đã có nhiều kinh nghiệm, việc thi công cũng tơng đối thuận tiện do đã thi công nhiều công trình, vật liệu và công nghệ

dễ kiếm nên chắc chắn đảm bảo tính chính xác và chất lợng của công trình

- Hệ kết cấu này rất thích hợp với những công trình đòi hỏi sự linh hoạt trong công năng mặt bằng, nhất là những công trình nh khách sạn Nhng có nhợc điểm là kết cấu dầm sàn thờng dày nên không chiều cao các tầng nhà thờng phải lớn.

- Sơ đồ thuần khung có nút cứng bêtông cốt thép thờng áp dụng cho công trình dới 20 tầng với thiết kế kháng chấn cấp ≤ 7; 15 tầng với kháng chấn cấp 8; 10 tầng với kháng chấn cấp 9.

b Hệ kết cấu khung + vách (lõi) :

- Đây là kết cấu phát triển thêm từ kết cấu khung dới dạng tổ hợp giữa kết cấu khung và vách (lõi) cứng Vách (lõi) cứng làm bằng bêtông cốt thép Chúng có thể dạng lõi kín hoặc vách hở thờng bố trí tại khu vực thang máy và thang bộ Hệ thống khung bố trí ở các khu vực còn lại Hai hệ thống khung và vách (lõi) đợc liên kết với nhau qua hệ thống sàn Trong trờng hợp này, hệ sàn liền khối có ý nghĩa rất lớn

- Hệ thống kết cấu này thờng có 2 loại sơ đồ kết cấu là sơ đồ giằng và sơ đồ khung giằng Trong sơ đồ giằng, hệ thống vách (lõi) đóng vai trò chủ yếu chịu tải trọng ngang, hệ khung chủ yếu chịu tải trọng đứng Sự phân chia rõ chức năng này tạo

điều kiện để tối u hoá các cấu kiện, giảm bớt kích thớc cột dầm, đáp ứng yêu cầu kiến trúc Trong sơ đồ kết cấu khung-giằng, tải trọng ngang của công trình do cả hệ khung

và lõi cùng chịu, thông thờng do hình dạng và cấu tạo nên vách (lõi) có độ cứng lớn nên cũng trở thành nhân tố chiụ lực ngang lớn trong công trình nhà cao tầng Sơ đồ khung – giằng tỏ ra là hệ kết cấu tối u cho nhiều loại công trình cao tầng Loại kết cấu này sử dụng hiệu quả cho các ngôi nhà đến 40 tầng

Hiện nay chúng ta đã làm nhiều công trình có hệ kết cấu này nh tại các khu đô thị mới Láng – Hoà Lạc, Định Công, Linh Đàm, Đền Lừ… Do vậy khả năng thiết kế, thi công là chắc chắn đảm bảo.

II Chọn hệ kết cấu chịu lực:

Trên cơ sở đề xuất các phơng án về vật liệu và hệ kết cấu chịu lực chính nh trên, với quy mô của công trình gồm 19 tầng thân, tổng chiều cao khoảng 66 m, phơng án kết cấu tổng thể của công trình đợc lựa chon nh sau:

- Về vật liệu: chọn vật liệu bêtông cốt thép sử dụng cho toàn bộ công trình Dùng bê tông B25 (Rb = 14,5MPa; Rbt=1,05MPa) cho các kết cấu chịu lực thông thờng Cốt thép chịu lực nếu ∅≥12 chọn nhóm AIII (Rs =Rsc= 360MPa), nếu ∅<12 thì chọn thép AII(Rs =Rsc= 280MPa).

- Về hệ kết cấu chịu lực: sử dụng hệ kết cấu khung + vách + lõi chịu lực với sơ

đồ khung giằng Trong đó, hệ thống lõi đợc bố trí đối xứng trong lồng thang máy ở khu vực giữa nhà, hệ thống vách đợc bố trí ở các khung biên của công trình, chịu phần lớn tải trọng ngang tác dụng vào công trình và phần tải trọng đứng tơng ứng với diện chịu tải của vách, lõi Hệ thống khung bao gồm các hàng cột biên, dầm bo bố trí chạy dọc quanh chu vi nhà và hệ thống dầm sàn, chịu tải trọng đứng tơng ứng với phần diện tích chịu tải của nó và một phần tải trọng ngang, tăng độ ổn định cho hệ kết cấu.

Nh vậy, hệ kết cấu chịu lực của công trình là hệ khung, vách, lõi kết hợp Sơ đồ kết cấu là sơ đồ khung giằng.

III Chọn sơ bộ kích th ớc tiết diện:

1 Chiều dày sàn:

Sàn sờn bản kê 4 cạnh:

) )(

150 89 ( 4000 ).

35

1 45

1 ( ) 35

1 45

) ( 1125

~ 450 9000 ).

20

1

~ 8

1 ( ) 20

1

~ 8

~ 225 900 ).

4

1

~ 2

1 ( ) 4

1

~ 2

1

Theo yêu cầu kiến trúc, chọn b = 220 (mm).

* Các dầm ngang nhà (A-B);(D-E) nhịp 8 m:

) ( 1000

~ 400 8000 ).

20

1

~ 8

1 ( ) 20

1

~ 8

~ 225 900 ).

4

1

~ 2

1 ( ) 4

1

~ 2

~ 120 2400 ).

20

1

~ 8

1 ( ) 20

1

~ 8

=

Trong đó: A : diện tích tiết diện cột

k : hệ số kể đến ảnh hởng của mômen (0,9 ~ 1,5)

Rb: cờng độ chịu nén tính toán của bê tông (Rb= 140 kG/cm2).

N : lực nén lớn nhất có thể xuất hiện trong cột

N= n.S.q;

n: số tầng = 20 tầng;

S : diện tích chịu tải của cột;

q: tải trọng sơ bộ tính toán trên 1 m2 sàn (= 1,2 T/m2 đối với nhà dân dụng).

* Xét cột có diện tích chịu tải lớn nhất (cột D2):

N= 20.1,2.9.5,2 =1123,2 (T/m2)

Diện tích tiết diện cột:

) 2 ( 203 , 1

~ 72 , 0 1400

2 , 1123 ) 5 , 1

~ 9 , 0

Chọn tiết diện cột 1500x700 (mm) chung cho tất cả các cột giữa ở các tầng

- Kiểm tra điều kiện ổn định của cột:

0

0 λ

b l

l0 = 0,7.5,5 =3,85 (m)

31 0 5 , 5 7 , 0

85 , 3

~ 55 , 0 1400 ) 5 , 1

~ 9 , 0

Chọn tiết diện cột 1500x700 (mm) chung cho tất cả các cột biên ở các tầng

2 Tiết diện vách, lõi:

Theo các tiêu chuẩn kháng chấn, bề dày vách, lõi phải thoả mãn:

cm t

h

cm

20 550

15 max 20

B xác định tải trọng tác dụng lên công trình:

I.Tĩnh tải:

Trọng lợng bản thân của các kết cấu chịu lực(trừ sàn) sẽ đợc chơng trình máy tính tự động tính toán trong quá trình tìm nội lực, ở đây ta chỉ tính tải trọng do sàn và các lớp vật liệu hoàn thiện gây ra.

Tổng 793

2 Tải trọng bể n ớc mái:

Trên mái của toà nhà có bố trí hai bể nớc có kích thớc axbxh = 2 , 4 x 4 , 3 x 2 , 5 ( m )

bố trí đối xứng qua trục 4 Trọng lợng của bể nớc đợc truyền qua hệ dầm đỡ và truyền vào 4 cột với các giá trị lực tập trung nh sau:

Với cột (3C), (3D), (5C) và (5D):

) ( 9675 1000

5 , 2 3 , 4 4 , 2 8

3 8

3 ) 4

3 ( 2

1

kG G

G

Với cột (2C), (2D), (6C) và (6D):

) ( 3225 1000

5 , 2 3 , 4 4 , 2 8

1 8

1 2

1 2

1 2

1

kG G

G

3 Tải trọng t ờng xây:

- Tờng ngăn giữa các phòng, tờng bao chu vi nhà dày 220; Tờng ngăn trong các phòng, tờng nhà vệ sinh trong nội bộ các phòng dày 110 đợc xây bằng gạch có γ

=1500 kG/m3 Cấu tạo tờng bao gồm phần tờng đặc xây bên dới và phần kính ở bên trên.

+ Trọng lợng tờng ngăn trên dầm tính cho tải trọng tác dụng trên 1 m dài tờng + Đối với tờng ngăn không có dầm đỡ ta đa về tải phân bố đều trên sàn:

san

tt ttsan

)+563,7=672,6(Kg/m2)

ô sàn 8,5 x 8,7 (tầng 3)

Tờng ngăn có kích thớc 0,11x16,5x2,4

qtt = ( 8 , 5 . 8 , 7

1500 1 , 1 4 , 2 5 , 16 11 , 0

)+563,7= 660,9(Kg/m2)

Sơ đồ truyền tải các tầng :

Tầng 1

T…NH TOÁN TẢI TRỌNG TĨNH TẢI PHÂN BỐ kG/m

T…NH TOÁN TẢI TRỌNG TĨNH TẢI TËP TRUNG kG

TT LOẠI TẢI TRỌNG VÀ CÁCH T…NH KÕT QU¶

G1A 1 Do träng lîng têng x©y trªn dÇm däc truyÒn

vµo:0,22x9,05x4.8x1500x0,75x1,1

11761.2

2 träng lîng do dÇm däc truyÒn vµo:

((4,5+4,55)x0,3x0,7x2500+(2+2,65)x0,3x0,5x2500x)1,1 6468.75

2 träng lîng do dÇm däc truyÒn vµo:

((4,5+4,55)x0,3x0,7x2500+(2+2,65)x0,3x0,5x2500x)1,1 6468.75 3.Träng lîng do sµn truyÒn vµo:(10,1+4)x569,7 8032.5

TÇng 2 den tÇng 19

T…NH TOÁN TẢI TRỌNG TĨNH TẢI PHÂN BỐ kG/m

TT LOẠI TẢI TRỌNG VÀ CÁCH T…NH KÕT QU¶

T…NH TOÁN TẢI TRỌNG TĨNH TẢI TËP TRUNG kG

TT LOẠI TẢI TRỌNG VÀ CÁCH T…NH KÕT QU¶

TT LOẠI TẢI TRỌNG VÀ CÁCH T…NH KếT QUả

g m1 1.trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

đ-a về tải phân bố đều:6,97x793/5,29+4x793/4 1837.8

Tổng 1837.8

g m2

2 trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

đa về tải phân bố đều:4x793/4+2,89x793/3,4 1466.99

gm3

1 trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

đa về tải phân bố đều:1,44x793/2,4+2,25x793/3 1148.99

gm4

1 trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

đa về tải phân bố đều:4x793/4+4x793/4 1587.3

gm5

1 trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

đa về tải phân bố đều:4x793/4+4x793/4 1587.3

T…NH TOÁN TẢI TRỌNG TĨNH TẢI TậP TRUNG kG

TT LOẠI TẢI TRỌNG VÀ CÁCH T…NH KếT QUả

Ho¹t t¶i do ngêi vµ thiÕt bÞ:

TT LOẠI TẢI TRỌNG VÀ CÁCH T…NH KếT QUả

p11 1.trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

đ-a về tải phân bố

đều:1/2x4x4/2x480/4+1/2x5,29x5,29/2x480/5,29

1080

Tổng 1080

p12

2 trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

p14

2 trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

p15

2 trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

đa về tải phân bố đều:(2x4x563.7)/4 960

T…NH TOÁN hoạt tải I TậP TRUNg tầng 1(kG)

TT LOẠI TẢI TRỌNG VÀ CÁCH T…NH KếT QUả

2 trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

đa về tải phân bố đều:(5+4)x195/4 438.75

p24

2 trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

p25

2 trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

T…NH TOÁN hoạt tải II TậP TRUNg tầng2,4,6,8,10,12,14,16,18(kG)

TT LOẠI TẢI TRỌNG VÀ CÁCH T…NH KếT QUả

Ho¹t t¶i 1 tÇng 3,5,7,9,11,13,15,17,19(Gièng ho¹t t¶i 2 tÇng 2)

Ho¹t t¶i 2 tÇng 3,5,7,9,11,13,15,17,19(Gièng ho¹t t¶i1 tÇng 2)

Ho¹t t¶i 1 tÇng m¸i

gm3=1,44x97,5/2,4+2,25x97,5/3=131.6 (kG/m)

Pmc=((3,96+1,44/2)+(4,575+2,55/2))x97.5=1026.5(kG)

PmD=P1c=1026.5 (kG)

PmE=P1H=534 (kG)

Ho¹t t¶i 2 tÇng m¸i

T…NH TOÁN ho¹t t¶i II TËP TRUNg tÇng m¸i(kG)

TT LOẠI TẢI TRỌNG VÀ CÁCH T…NH KÕT QU¶

2 trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

đa về tải phân bố đều:(5+4)x97.5/4 219.4

pm4

2 trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

pm5

2 trọng lợng do sàn truyền vào dới dạng hình tam giác

III Tải trọng gió:

Công trình có độ cao 65,8 m (>40m), theo TCVN 2737-1995, khi tính toán tải trọng tác động lên công trình phải tính thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió.

1 Thành phần tĩnh của tải trọng gió:

- Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao z so với mốc chuẩn xác định theo công thức:

c: hệ số khí động phụ thuộc vào hình dáng và bề mặt công trình.

n: hệ số vợt tải của tải trọng gió (n =1,2)

ht : chiều cao đón gió.

Thành phần tĩnh tính toán của tải trọng gió td vào các mức sàn

Wtz(kG/m2)

ht(m)

Wt(kG/m)

2 Thành phần động của tải trọng gió:

a Xác định độ cứng của khung và lõi:

* Xác định momen quán tính của khung:

Thay thế khung thực bằng một vách cứng đặc tơng đơng có cùng chiều cao và tải trọng ngang ở đỉnh

Các khung đợc coi nh một thanh công xôn ngàm vào vị trí móng, công thức tính chuyển vị tại vị trí đầu thanh là:

3

3

3 3

td

td

P H y EI

P H I

Ey

=

PP

* Xác định momen quán tính của lõi:

Do tiết diện lõi đối xứng qua trục Oy nên trọng tâm lõi nằm trên trục Oy

→

xc = 0

+ Ta xác định momen quán tính của lõi đối với trục x:

Chọn hệ trục ban đầu trong đó x’ nh hình vẽ, trục y la trcj đối xứng:

Diện tích tiết diện:

A = 0,25.0,745 + 30,25.2,1 + 0,25.8,19 + 0,25.0,645 + 0,25.1,075 = 4, 23875 (m3).

Momen tĩnh đối với trục x’:

Sx’ = 0,25 0,745 0,125 + 0,25 1,075 0,125 + 0,25 0,645 0,125 + 0,25 8,19 2 + 3 0,25 2,1 1,3

12

0, 645.0, 25

1,7 0,125 0,16125 12

0, 25.2,1

1,7 0, 25 1,05 0,525 12

x

x m

Ta xác định momen quán tính của vách với trục x:

0,3.2,3

1, 45 0,76 0,69 12

1, 25 0, 723 0, 75 12

Dùa vµo mÆt b¾ng kÊt cÊu nhµ gåm 7 khung chia lµm 3 lo¹i:

- Khung trôc biªn (trôc 1 vµ 7)

( ) ( ) ( ) ( )

Sơ đồ tính toán của toàn nhà là một thanh công xôn thẳng đứng ngàm chặt vào

đất có 20 khối lợng tập trung ứng với độ cao của các mức sàn.

Việc tính toán tần số dao động cho toàn nhà đợc thực hiện bởi chơng trình SAP 7.42 với mô hình tính toán là một thanh côngxôn có độ cứng bằng tổng thể của toàn nhà EI = 313,548.109 (kgm2)

Chọn tiết diện cho thanh côngxôn là:

Cột (T)

Vỏch, lừi (T)

Tường+kớnh (T)

Tổng khối lượng (T) Tầng hầm 0 261.94 172.07 157.82 232.06 823.88

( fL = 1,3: tra tiêu chuẩn 2737.1995)

+ Thành phần động của tải trọng gió WP đợc xác định theo công thức:

950 2 , 1

→ξ1=1,803 (theo TCVN 2737 – 1995).

y: dịch chuyển ngang của công trình ở độ cao z ứng với dạng dao động riêng thứ nhất.

ψi : hệ số xác định theo công thức

1 2 1

.

Mái 68.8 5 53 3.95 0.6 2 0.41 186.2 9908.96

Tinh hệ số ѱ Tần

+ Thành phần động tính toán của tải trọng gió WP

d.Phân tảI trong gió vào khung trục 3

Tải trọng gió phân vào các khung tỷ lệ với độ cứng của khung Ta có tải trọng gió

đợc phân phối cho khung thứ i là:

1

( )

Wi: tải trọng gió tác dụng lên khung thứ i.

W : tải trọng gió tác dụng lên toàn nhà.

EIi: độ cứng của khung thứ i.

(EI)j:độ cứng của toàn nhà

* Gió tĩnh:

Wt (kG/m): tải trọng gió tác dụng vào các mức sàn đợc quy về lực phân bố

đều đặt tại mép sàn của phần công trình có độ cao z.

Wt(K3) (kG/m): tải trọng gió phân bố tác dụng vào khung trục 3.

Tần

Wt(K3 )

(kG)

Wt (K3) (kG/m) Hầ

- Trờng hợp hoạt tải1,2 chất đều lệch tầng, lệch nhịp.

- Tải trọng gió tĩnh + gió động theo các phơng Y, -Y

Các trờng hợp chất tải

Sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung K3(T,T/m).

2.86 3.4

Sơ đồ hoạt tải 1 tác dụng vào khung K3

2.053 2.053

0.34 0.263

0.34 2.96 5.82 2.59 2.75

2.96 0.439 5.82 2.59 2.75 5.5 2.75

0.39

2.053 2.053

0.34 0.263

0.34

5.5 2.75 0.439

0.39

2.053 2.053

0.34 0.263

5.34

2.053 2.053

0.34 0.263

Sơ đồ gió trái tác dụng vào khung K3

1.401 1.401 1.388 1.368 1.359 1.343 1.324 1.298 1.279 1.253 1.234 1.218 1.189 1.154 1.135 1.099 1.07 1.016

0.799 0.956 5.534