Đồ án tốt nghiệp thủ khoa kỹ sư xây dựng

Đồ án tốt nghiệp thủ khoa kỹ sư xây dựng năm 2016. Thiết kế sàn Uboot beton theo tiêu chuẩn Anh (BS) Thiết kế hệ khung, vách lõi chống động đất theo tiêu chuẩn Anh (BS EN) Thiết kế cầu thang 1 vế nhịp 10m (BS) Thiết kế bể nước ngầm (BS) Thiết kế móng lõi thang theo tiêu chuẩn Anh (BS)

Lời cảm ơn

Để hoàn thành đề tài tốt nghiệp này, trước hết, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo hướng dẫn - TS Phạm Tiến Cường, người đã tạo rất nhiều điều kiện thuận lợi cũng như tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Ngoài ra, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý Thầy, Cô khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM đã dạy dỗ , truyền đạt nhứng kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập, rèn luyện tại trường

Với nhứng kiến thức hạn hẹp và thời gian thực hiện có hạn, em không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế trong đề tài của mình, rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy Cô

Cuối cùng, em xin kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khoẻ và thành công trong công việc cũng như cuộc sống

Em xin chân thành cảm ơn!

TP HCM, ngày 25 tháng 01 năm 2016

Sinh viên Nguyễn Thành Trung

2.9.3 Kiểm tra chọc thủng trên các tiết diện nguy hiểm 23

5.3.3 Hệ số gia tăng động năng, Cr 59

6.6 Tính toán đoạn neo và nối chồng 102

Hình 3.10 - Biểu đồ ứng suất biến dạng thiết kế dầm chữ T 19

Hình 3.12 - Xác định bề rộng dải hữu hiệu truyền mô men vào cột 23

Hình 5.3 - Áp lực nước tác dụng lên bản đáy và bản thành 43

Hình 7.1 - Biểu đồ xác định tải cân bằng trên nhịp và đầu neo 72

Hình 7.3 - Tải trọng tương đương do cáp ngắn phương X 73

Hình 7.5 - Tải trọng tương đương do cáp ngắn phương Y 73

Hình 7.8 - Biểu đồ xác định mô men thiết kế từng phương 79

Hình 7.10 - Biểu đồ ứng suất biến dạng tính toán cốt thép 80

Hình 7.12 - Phân chia phần tử trên vách chữ T và vách chữ nhật 89Hình 7.13 - Biểu đồ ứng suất ở trạng thái cực hạn ứng với COMB9 91

Hình 7.15 - Biểu đồ ứng suất ở trạng thái cực hạn ứng với COMB8 93

Hình 7.16 - Ứng suất trong cốt thép chịu kéo 93

Hình 7.19 - Biểu đồ ứng suất cực hạn (Comb 10- tầng hầm 1) 96Hình 7.20 - Ứng suất trong cốt thép chịu kéo (Comb 10- tầng hầm 1) 97Hình 7.21 - Sự khác biệt giữa dầm thường và dầm cao [32] 98

Hình 8.7 – Mặt ngàm xác định mô men thiết kế đài móng 125

Hình 8.10 – Mô hình móng lõi thang bằng phần mềm SAFE 130Hình 8.11 – Mô men bè móng theo phương X (tổ hợp Bao max) 134Hình 8.12 – Mô men bè móng theo phương Y (tổ hợp Bao max) 134

Bảng 3.5- Nội lực trên dải và dầm chữ I theo phương X 17Bảng 3.6 - Nội lực trên dải và dầm chữ I theo phương Y 18Bảng 3.7 - Kết quả tính toán cốt thép sàn theo phương X 20Bảng 3.8 - Kết quả tính toán cốt thép sàn theo phương X 21Bảng 3.9 - Bề rộng dải truyền mô men cho cột biên, cột góc 23

Bảng 6.9 - Tải trọng gió thiết kế và tải trọng gió danh nghĩa 64

Bảng 6.11 - Trường hợp tải trọng tác dụng lên công trình 69Bảng 7.1 - Trường hợp tải trọng tác dụng lên công trình 70

Bảng 7.12 - Cốt thép trên các phần tử vách chữ T trục B, C 90

Bảng 7.16 - Kết quả kiểm tra tính toán thép dọc dầm cao 99

đó, nhà cao tầng được coi là một giải pháp phù hợp cho thành phố

Bên cạnh đó, lượng vốn đầu tư từ nước ngoài ngày một tăng, điều này mở ra thị trường tiềm năng cho ngành công nghiệp xây dựng trong lĩnh vực xây dựng cao ốc văn phòng, khách sạn, chung cư để phục vụ nhu cầu sinh sống của người dân

Những công trình cao tầng trong thành phố không chỉ giải quyết các vấn đề về nơi ở, làm việc cho người dân mà còn đóng góp vào quá trình hiện đại hoá đất nước Hơn nữa, nhà cao tầng đặc biệt quan trong đối với ngành xây dụng nói riêng, tăng cường ứng dụng công nghệ cao vào quá trình thiết kế, thi công

Do đó, công trình FICO TOWER được thiết kế và xây dựng để giải quyết các mục đích trên Đây là một công trình hiện đại đáp ứng các yêu cầu về giải trí, làm việc với chất lượng cao của người dân

1.1.1.2 Vị trí và đặc điểm công trình

a Vị trí công trình

Công trình nằm trong khu vực trung tâm thành phố, toạ lạc tại số 268, đường Trần Hưng Đạo, quận 5 thành phố Hồ Chí Minh

Hình 1.1 - Địa điểm công trình

b Điều kiện tự nhiên

Thành phố Hồ Chí Minh nằm ở khu vực nhiệt đới gió mùa với nhiệt độ cao quanh năm Thời tiết tại đây chủ yếu được chia thành mùa riêng biệt là mùa khô và mùa mưa Độ

ẩm không khí vào khoảng 79.5% Gió ở nơi đây chủ yếu thổi theo hướng tây năm và đông bắc với vận tốc trung bình khoảng 3.6m/s vào tháng 6 đến tháng 10 và 2.4m/s vào tháng 9 đến tháng 2 Những điều kiện này không chỉ ảnh hưởng đến đời sống của người dân mà còn trực tiếp tác động lên việc thiết kế và xây dựng công trình

1.1.1.3 Quy mô công trình

Theo phụ lục I, nghị định 209/2004/NĐ-CP về phân cấp công trình xây dựng, công trình thuộc phân loại công trình trình dân dụng cấp I có diện tích

10.000 m S floor 15.000 m hoặc 20số tầng29

Công trình bao gồm: 2 tầng hầm, 1 tầng trệt, 1 tầng lửng, 22 tầng lầu và 1 sân thượng,

1 mái Kiến trúc mặt đứng của công trình từ tầng trệt đến tầng tum nhìn từ phía bắc được thể hiện trên Hình 1.2

Hình 1.5 - Mặt bằng sàn tầng hầm

Công trình nằm trên khu đất chữ nhật với tổng diện tích xấp xỉ 2000 m2 Bao gồm:

2 Tầng hầm đặt tại cao độ -3.750 m và -7.700 m có ram dốc dẫn xuống đối diện với đường Trần Hưng Đạo Phần lớn diện tích tầng hầm được dùng làm bãi đậu xe Các hộp

kỹ thuật được bố trí phù hợp đảm bảo lưu thông dễ dàng, tạo không gian thoáng đãng Cầu thang bộ và thang máy được đặt tại trung tâm toà nhà nhằm tối thiểu hoá khoảng cách di chuyển đến các nơi trong nhà và tiện lợi khi sử dụng

Tầng trệt và tầng lửng được thiết kế để trở thành trung tâm sinh hoạt của công trình với sảnh văn phòng lớn, phòng khách được trang trí cao cấp…

Tầng 2 đến tầng 8 của toà nhà được dùng làm văn phòng cho thuê nhằm đáp ứng nhu cầu về nơi làm việc cho cư dân thanh phố cũng như tạo lợi nhuận cho chủ đầu tư Tầng 11 đến tầng 22 là khu căn hộ chung cư sang trọng, tiện ích cao, góp phần giải quyết vấn để nhà ở cho thành phố

1.1.2.2 Giao thông trong công trình

Giao thông theo chiều đứng được giải quyết bằng việc bố trí 3 thang máy cùng thang bộ cho trường hợp thoát hiểm Trong khi đó, giao thông theo phương ngang trong toà nhà được đáp ứng bằng các lối đi, hành lang thông thoáng tại mỗi tầng

1.2 Giải pháp kết cấu

1.2.1 Tổng quan kết cấu nhà cao tầng

Công trình được xem là nhà cao tầng khi mà sự ổn định, an toàn của nó được quyết định bằng ảnh hưởng của lực ngang Mặc dù không có định nghĩa chính xác về nhà cao tầng, hầu hết các kĩ sư chấp nhận giới hạn mà từ đó công trình buộc phải chuyển đổi từ phân tích tĩnh sang phân tích động làm định nghĩa về nhà cao tầng

1.2.2 Giải pháp cho công trình

Các giai pháp kết cấu bê tông cốt thép được sử dụng phổ biến trong nhà cao tầng bao gồm:

Hệ cơ bản: Hệ khung, hệ vách, hệ lõi

Hệ hỗn hợp: Hệ khung giằng, hệ khung vách

Hệ đặc biệt: hệ kết cấu có tầng cứng, giằng liên tầng …

Lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý cho công trình sẽ đem lại hiệu quả kinh tế trong khi vẫn đảm bảo được các yếu tố kỹ thuật cần thiết Việc lựa chọn này phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của công trình, công năng sử dụng, chiều cao nhà và độ lớn của tải trọng

1.2.2.1 Giải pháp tổng thể

Đối với công trình “FICO TOWER” bao gồm 24 tầng nổi và 2 tầng hầm với tổng chiều cao là 84 m, được chia thành 2 phần chính là khu văn phòng ở 8 tầng dưới và khu chung

cư ở các tầng trên, giải pháp thích hợp để đảm bảo không gian kiến trúc phù hợp nên là

hệ khung ở dưới và hệ vách ở trên

1.2.2.2 Kết cấu sàn

Ảnh hưởng của sàn đến công trình là rất lớn, do đó, phương án sàn hợp lý rất quan trọng

Do tính chất của công trình với nhịp lớn và chiều cao tầng hạn chế, phương án sàn được chọn là sàn phẳng dự ứng lực Các ưu điểm và nhược điểm của loại kết cấu này được tóm tắt dưới đây

a Ưu điểm

 Giảm chiều cao công trình;

 Tăng không gian sử dụng;

 Dễ dàng phân chia không gian kiến trúc;

 Dễ dàng lắp đặt thiết bị M&E;

 Giảm thời gian thi công

b Khuyết điểm

 Độ cứng phương ngang kém;

 Tăng khối lượng công trình do chiều dày sàn lớn, có thể được khắc phục bằng cách

sử dụng sàn ứng lực trước

1.2.2.3 Vật liệu

Yêu cầu vật liệu: Vật liệu sử dụng trong toà nhà phải có chất lượng cao, được cụ thể hoá bằng cường độ lớn, trọng lượng nhẹ, giá cả phù hợp Trong lĩnh vực xây dựng hiện nay thì thép và bê tông là hai vật liệu được sử dụng phổ biến nhất do các ưu điểm nổi bật về thi công và sản xuất Những vật liệu mới như composite, hợp kim nhẹ mặc dù có nhiều

ưu điểm về kỹ thuật nhưng vẫn chưa được phổ biến do những khó khăn trong công nghệ chế tạo, giá cả cao Do đó, đối với công trình FICO TOWER, bê tông và thép được chọn làm vật liệu chính

Vật liệu được sử dụng tại công trường chủ yếu tuân theo các quy định của tiêu chuẩn Việt Nam Tuy nhiên, công trình được thiết kế theo tiêu chuẩn Anh Quốc, do đó, các tính chất, đặc trưng cơ học cần được quy đổi phù hợp

f  MPa E   MPa Thép đường kính lớn hơn 10mm

1.3 Sơ bộ kích thước cấu kiện

S - Diện tích truyền tải vào cột;

k - Hệ số kể đến ảnh huởng của mô men

Kích thước cấu kiện cột tại trục 2-A với giả thiết tổng tải trọng sàn phân bố đều có độ

Bảng 1.3 - Kích thước sơ bộ của cột

Chiều dày vách được sơ bộ dựa trên số tầng, tải trọng, chiều cao công trình … Bên cạnh

đó, chiều dày vách phải tuân theo quy định về độ mảnh tại mục 3.9.3.7 [18] Tổng diện

tích vách có thể được sơ bộ theo công thức sau:

0.015

w floor

Trong đó S floor là diện tích tầng

Độ mảnh giới hạn cho vách /l e h không được lớn hơn 40 đối với vách không giằng

(unbraced shear wall) Do đó, chiều dày vách được sơ bộ trong bảng sau:

CHƯƠNG 2

THIẾT KẾ SÀN TẦNG 7 PHƯƠNG ÁN SÀN U-BOOT BETON

2.1 Thông tin cơ bản

Phương án sàn U-boot beton được đưa ra như là một giải pháp mở rộng cho kết cấu sàn Đối với một công trình thực tế thì điều này là bắt buộc nhằm đưa ra giải pháp tối ưu cho công trình Mặt bằng kiến trúc của công trình như hình dưới

Hình 2.1- Mặt bằng kiến trúc tầng 7

2.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế

Tương tự như phương án sàn dự ứng lực, tiêu chuẩn áp dụng trong chương này là tiêu

chuẩn Anh Quốc, các tài liệu hướng dẫn kỹ thuật được liệt kê tại mục Error! Reference

source not found

Những tài liệu khác được dùng sẽ được chú thích trực tiếp và liệt kê trong mục tài liệu tham khảo

2.1.2 Vật liệu

2.1.2.1 Bê tông

Chọn bê tông thiết kế có cấp độ bền B30 có các thông số như sau:

Cường độ đặc trưng: f cu 30 MPa

Modun đàn hồi: E c,28 200.2 30 26GPa

2.1.2.2 Thép thường

Thép AIII với các đặc trưng cơ học:

Cường độ chảy dẻo: f y 390MPa

2.1.2.3 U-Boot Beton

Loại U-Boot Beton được chọn cho công trình là loại hộp đơn có thông số tổng hợp trong bảng sau:

Bảng 2.1 - Thông số U-Boot Beton thiết kế

Kích thước thùng

Hình 2.2 - Kích thước hộp U-Boot Beton

Các hộp U-Boot Beton sẽ được nối với nhau bằng các thanh nối như trên Hình 2.3 Lưu

ý là trong khoảng 1.5 m tính từ tim cột sẽ không bố trí U-Boot mà làm sàn đặc để tăng cường khả năng chống chọc thủng, cũng như giảm độ võng cho sàn

Hình 2.3 - Mối nối các U-Boot Beton

2.2 Sơ bộ kích thước cấu kiện

2.2.1 Cấu kiện phương đứng

Kích thước cấu kiện theo phương đứng bao gồm cột và vách được chọn theo mục 1.3

2.2.2 Cấu kiện phương ngang

Chiều dày sàn được sơ bộ theo yêu cầu của sàn U-boot Beton quy định trong [3] Đối

với nhịp có chiều dài trung bình 8 m, chiều dày sàn được chọn là 300 mm, các thông số khác được thể hiện trong dưới đây

Bảng 2.2 - Thông số thiết kế sàn

Bề rộng dầm

Mô men quán tính sàn I U Boot cm4/m 200897

Kích thước sàn được chọn phù hợp với yêu cầu tối thiểu đối với sàn rỗng cho trong bảng

3.17 [18]

2.3 Tải trọng

Toàn bộ tải trọng được xác định như trong mục Error! Reference source not found.,

riêng trọng lượng bản thân kết cấu sàn được tính toán lại dựa trên thể tích lỗ rỗng

Tỉ lệ khối lượng giữa sàn U-Boot Beton và sàn đặc cùng chiều dày có thể được xác định dựa trên tỉ lệ thể tích như sau:

V V

  



Dựa vào kích thước trên Hình 2.4 ta tính được:







Hình 2.4 - Tiết diện chữ I dùng trong thiết kế

2.4 Cách thức tính toán sàn U-Boot Beton

Hiện nay, có 3 quan niệm tính toán sàn U-Boot phổ biến như sau:

 Mô hình kết cấu dạng hộp rỗng;

 Mô hình kết cấu dạng thanh;

 Mô hình sàn phẳng tương đương

Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, tuy nhiên để thuận lợi cho việc tính toán, trong phạm vi đồ án này, sinh viên áp dụng cách mô hình sàn phẳng tương đương để thiết kế sàn U-Boot Beton Phương pháp này dựa trên việc quy đổi tiết diện, trọng lượng,

độ cứng của sàn rỗng sang sàn phẳng thông thường rồi tính toán lượng thép trên tiết diện dạng dầm chữ I

2.5 Xác định đặc trưng tiết diện

2.5.1 Khả năng chịu uốn

Khả năng chịu uốn của cấu kiện được thể hiện thông qua mô men quán tính quanh trục trong tâm, được xác định như sau:

Trong đó: b - Chiều rộng tiết diện chữ I;

h - Chiều cao tiết diện;

U Boot

h  - Chiều cao của hộp U-Boot;

t - Chiều rộng bụng tiết diện

Các thông số đã được tính toán như trong Bảng 2.2 Tỉ lệ giữa mô men quán tính của sàn rỗng và sàn đặc cùng chiều dày 200.89

0.89225

U Boot Solid

I I

   Giá trị này sẽ được khai báo vào phần mềm SAFE để tính toán nội lực

S S



2.5.3 Khả năng chịu cắt

Khả năng chịu cắt của tiết diện thể hiện qua độ cứng chịu cắt GA, giá trị mô đun chống

cắt là tương đương do cùng loại vật liệu, do đó tỉ lệ khả năng chịu cắt giữa sàn đặc và sàn rỗng có giá trị giống với khả năng chịu nén, GA U Boot /GA solid 0.59

2.6 Tổ hợp tải trọng

Tổ hợp tải trọng để tính toán, kiểm tra cho sàn bao gồm tổ hợp tại trạng thái giới hạn thứ nhất và trạng thái giới hạn thứ hai được liệt kê trong Bảng 2.2, bỏ qua ảnh hưởng của tải trọng ngang

Trong đó: DL - Tĩnh tải đặc trưng, lấy theo mục Error! Reference source not

Bảng 2.4 - Bề rộng dải theo 2 phương

Hình 2.6 - Mặt bằng phân chia dải theo phương Y

Hình 2.7 - Mô hình sàn U-Boot Beton

Mô men trong các dải ứng với trường hợp cực hạn được tóm tắt trong, giá trị này được phân phối về các dầm chữ I nhằm phục vụ cho việc thiết kế

Bảng 2.5- Nội lực trên dải và dầm chữ I theo phương X

Bảng 2.6 - Nội lực trên dải và dầm chữ I theo phương Y

Hình 2.9 - Mô men trên các dải theo phương Y

2.8 Tính toán thép sàn

Việc tính toán cốt thép trong sàn được thực hiện với dầm chữ I tương đương Các công

thức tính toán dưới đây dựa trên BS 8110-97 [18]

Hình 2.10 - Biểu đồ ứng suất biến dạng thiết kế dầm chữ T

Kiểm tra vị trí trục trung hoà bằng cách so sánh mô men thiết kế và mô men do phần cánh chịu:

Nếu M M R thì tiết diện được tính toán có dạng chữ T, việc tính toán được chia thành

2 trường hợp như sau:

Nếu M f f bd cu 2 và h f 0.45d thì diện tích cốt thép được tính bằng:

Trong đó: h f - Chiều cao cánh chữ T;

cu

M K

Bảng 2.7 - Kết quả tính toán cốt thép sàn theo phương X

Dải Vị trí M Tiết diện K z A s A s

Bảng 2.8 - Kết quả tính toán cốt thép sàn theo phương X

Lực cắt hữu hiệu tại chu vi tới hạn được xác định tương tự như mục Error! Reference

source not found

M - Mô men truyền từ sàn vào cột tại ví trí giao nhau;

k - Hệ số lấy bằng 1 cho cột giữa và 1.25 cho các vị trí cột khác

Bề rộng dải có thể truyền mô men vào cột biên hoặc cột góc là khác nhau cho các trường

hợp khác nhau, cách xác định được [18] đưa ra như trên Hình 2.12

Hình 2.12 - Xác định bề rộng dải hữu hiệu truyền mô men vào cột

Bề rộng các dải truyền mô men vào cột của công trình được tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 2.9 - Bề rộng dải truyền mô men cho cột biên, cột góc

mm Trục A-1

2.9.2 Kiểm tra ứng suất cắt tại mặt cột

Ứng suất cắt tại tiết diện mặt cột:

eff o

V

u d

Trong đó uo là chu vi tiết diện cột

2.9.3 Kiểm tra chọc thủng trên các tiết diện nguy hiểm

Ứng suất cắt tại tiết diện nguy hiểm thứ nhất:

eff

V v ud

Trong đó u là chu vi 1.5d tính từ mặt cột

Khả năng chịu cắt của bê tông:

A - Diện tích thép đi qua chu vi đang xét

2.9.4 Thép chống chọc thủng

Thép chịu cắt cần được bố trí nếu như tiết diện bê tông không đủ khả năng chịu cắt

Diện tích thép chịu cắt được tính toán bằng công thức cho trong mục 3.7.7.5 [18]

Nếu v  1.6 vc

0.95

c sv

vy

v v ud A

f





Nếu 1.6 vc   v 2 vc

0.95

c sv

vy

v v ud A

f





Kết quả kiểm tra chọc thủng được tổng hợp trong Bảng 2.10 sau

Bảng 2.10 - Kiểm tra chọc thủng sàn

Kiểm tra ứng suất tại mặt cột

Kiểm tra ứng suất tại chu vi thứ nhất (1.5d từ mặt cột)

Cột A-1 B-1 A-2 A-3 A-4

Kiểm tra ứng suất tại chu vi thứ hai (2.25d từ mặt cột)

Kiểm tra ứng suất tại chu vi thứ ba (3d từ mặt cột)

Như đã thấy, các giá trị ứng suất cắt của cột B-1 vượt quá khả năng chịu cắt của bê tông,

do đó, thép đai chống chọc thủng cần được bố trí quanh cột này Kết quả tính toán thép đai được tổng hợp trong

Ngoài ra, theo yêu cầu của mục 3.6.4 [15] đối với sàn rỗng, cần kiểm tra ứng suất cắt

trên các tiết diện chữ I đặc, quy trình kiểm tra tương tự như dầm, bỏ qua khả năng chịu cắt của các khối rỗng

Kết quả kiểm tra được tóm tắt trong Bảng 2.12 dưới đây

Bảng 2.12 - Kiểm tra khả năng chịu cắt dầm chữ I

2.10 Kiểm tra trạng thái sử dụng

2.10.1 Kiểm tra nứt

Mặc dù tiêu chuẩn BS 8110-97 [18] cho phép bỏ qua kiểm tra vết nứt đối với sàn được

bố trí thép thoả mãn các yêu cầu của mục 3.12 trong tiêu chuẩn này Tuy nhiên, cấu kiện sàn U-Boot Beton rỗng chịu lực lớn có khả năng nứt cao hơn so với cấu kiện sàn khác Vết nứt có ảnh hưởng lớn đến yêu cầu sử dụng và tuổi thọ của kết cấu Do đó, dưới đây sinh viên trình bày phương pháp tính toán bề rộng vết nứt dựa trên hướng dẫn tại mục

1

cr m cr

c - Chiều dày lớp bê tông bảo vệ thép chịu kéo

Biến dạng tại điểm đang xét:

M - Mô men xác định từ tải trọng sử dụng;

I - Mô men quán tính của tiết diện quy đổi

200 10

15.4

s e

c

E E



