kết cấu thiết kế thi công công trình xây dựng chung cư cao tầng

Phân tích và chọn lựa ph ơng án kết cấu cho công trình: 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

-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.

-A Phân tích và chọn lựa ph ơng án kết cấu cho công trình:

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

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 th- ờng 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.

1 Chiều dày sàn:

Sàn sờn bản kê 4 cạnh:

) )(

150 89 ( 4000 ).

35

1 45

1 ( ) 35

1 45

~ 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)

Rn: cờng độ chịu nén tính toán của bê tông (Rn= 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

b

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

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

b

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

1 T¶i träng sµn:

Loại sàn TT Các lớp γtc

(kG/m3) HSVT

Chiều dày (mm)

gtt (kG/m2)

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

- 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= 660,9(Kg/m2)

Sơ đồ truyền tải các tầng :

Tầng 1

-T NH -TOÁN -TÍ ẢI TRỌNG TĨNH TẢI PHÂN BỐ kG/m

QU¶

T NH TOÁN TÍ ẢI TRỌNG TĨNH TẢI TËP TRUNG Kg

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

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

TÇng 2 den tÇng 19

-T NH -TOÁN -TÍ ẢI TRỌNG TĨNH TẢI PHÂN BỐ kG/m

-g m1

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

đa về tải phân bố đều:6,97x793/5,29+4x793/4 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 TÍ ẢI TRỌNG TĨNH TẢI TậP TRUNG Kg

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

2 träng lîng do dÇm däc truyÒn vµo 0,3x0,4x4,25x2500x1,1 1403

-3.Träng lîng do sµn truyÒn vµo:8.5x1.29/4x793 2174

II Ho¹t t¶i:

Ho¹t t¶i do ngêi vµ thiÕt bÞ:

T

ptc (kG/m2) HSVT

ptt (KG/m2)

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

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 Í hoạt tải II TậP TRUNg tầng2,4,6,8,10,12,14,16,18(Kg)

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 Í ho¹t t¶i II TËP TRUNg tÇng m¸i(Kg)

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:

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:

* 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

1,075 0, 25

1,7 0,125 0, 26875 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

3,603

x

x m

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

.

0.

22 8

22

8 47.02 1.2 56.4

8 423.14 1.2 507.8

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.

Tầng z(m) ht Wt(kG/m ) B(m) Wt(kG ) Wt(K3) (kG)

Wt (K3) (kG/

1242 748

- 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).

0.34 0.263

Sơ đồ gió phải tác dụng vào khung K3

Phơng pháp tính sử dụng chơng trình SAP2000 V10.01 để tìm nội lực.

121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140

141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160

162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180

- §é lÖch t©m ban ®Çu:

) ( 8 , 14 ) ( 148 , 0 29 1210

15 179

h

l

2 5

6 , 0 max

2 30

600 max

0,1

150

S

e h

+ +

( 2 ) 1

( 2 ) 1,5 0,08 1101,34( 2 0,04)

1,5 170,13 1311.79( 2 0,04)

420300,0382

th

N N

T¹m tÝnh:

0 0

1311790

144,15( )

130 70 0,55 146 80,3

n

N

R b h

2 '

122, 26

1311790 88,94 130 70 122, 26 146 2

3600 146 4 43,52( )

e h

+

2 1,5

0, 08 1101,34 2 0,04

1

1,5 190,39 1027,62 2 0, 04

271826,7178

th

N N

150

1,004 23,53 4 43,38( ) 2

0 0 0

2 117970547

Vì lực cất nhỏ nên cốt đai đợc đặt theo cấu tạo.

- Điều kiện cốt đai:

- Khoảng cách các cốt đai:

Trong đoạn nối cốt thép chịu lực đặt φ 10 a100

Trong đoạn còn lại đặt φ10 a200.

D Thiết kế cột - khung truc 2

I Vật liệu

Bêtông mác 300 → Rn = 130 kG/cm2 , Rk = 10 kG/cm2

360 7 ,

=

=

h o

13 , 170

h

l

2 5

6 , 0 max

2 30

600 max

'

VËy: eo= e01+ e’

o= 12,97 +5 = 17,97(cm).

-

XÐt

521 , 0 70

100 365 , 0 854

, 59 150

100 781 , 89

y M

M b

h y

M y

cu f h b

N

.

6

1158687

150 45 , 0 781 ,

1 25

cm h

) ( 749 , 13 6 687 , 1158

100 133 , 90

M

) ( 749 , 83 5 150 5 , 0 749 , 13 1 5

, 0

130

1000 687 , 1158

n R

N

Chän a = a' = 5 cm → ho = h – a = 150 – 5 = 145 (cm)

) ( 75 , 79 145 55 , 0 0

55 , 0 4 , 1 145

150 5 , 0 8 , 1 ( 150 )

4 , 1 5 , 0 8 , 1

0

cm e

h

h h

) (

'

) 5 , 0 ( '

a o h a R

x o h x b n R Ne a F

5145(3600

)727,128.5,0145(727,128.70.130749,83.1000.687,

05,0145.70

12,50

⇒ §Æt thÐp theo gi¶ thiÕt µtmin = 1%

) 2 ( 5 , 101 145 70 01 , 0

bh t at

Chän 10 φ 28 + 8 φ 25 (Fat =100,88 cm2).

(%) 99 , 0

% 100 145 70

88 ,

100 123 , 9 212

, 3 150

100 818 ,

=

b x M h

y M

M b

h x

M x

cu f h b

N

.

6

7

1 −

=

β

1000 90 , 1031 6

150 51 , 0 123 ,

1 25

cm h

) ( 4 , 7 6 96 , 1031

100 389 , 14

M

) ( 4 , 77 5 150 5 , 0 4 , 7 1 5

, 0

130

1000 960 , 1031

n R

η

) ( 55 , 138 4 , 7 1 ).

55 , 0 4 , 1 145

150 5 , 0 8 , 1 ( 150 0 ) 0 4 , 1 0

5 , 0 8 , 1

h

h h

) (

'

) 5 , 0 ( '

a o h a R

x o h x b n R Ne a F