ĐỒ ÁN TỐT nghiệp xây dựng và dan dụng

Hệ khung chịu lực: Bao gồm hệ thống dầm và cột liên kết với nhau theo hai phương tạo thành hệkhung không gian vừa chịu tải trọng đứng vừa chịu tải trọng ngang.. Nhược điểm: Có độ cứng ng

PHẦN HAI KẾT CẤU

(60%)

Giáo viên hướng dẫn : Th.s Nguyễn Minh Hiếu

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Quốc Duy

Nhiệm vụ: + Tính toán thiết kế Sàn tầng điển hình.

 Tính toán sàn bằng phương pháp tra bảng.+ Tính toán thiết kế cầu thang bộ điển hình.+ Tính toán thiết kế bể nước mái

+ Tính toán thiết kế khung trục B

+ Tính toán thiết kế khung trục 4

+ Tính toán thiết kế móng trục B

trọng bởi vì việc lựa chọn trong giai đoạn này sẽ quyết định trực tiếp đến giá thành

cũng như chất lượng công trình Có nhiều giải pháp kết cấu có thể đảm bảo khả năng

làm việc của công trình do vậy để lựa chọn được một giải pháp kết cấu phù hợp cầnphải dựa trên những điều kiện cụ thể của công trình

CHƯƠNG 1: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU

1.1 Giải pháp thiết kế:

Hệ kết cấu chịu lực chính:

Bố trí hệ chịu lực cần ưu tiên những nguyên tắc sau:

• Đơn giản, rõ ràng

• Truyền lực theo con đường ngắn nhất

• Đảm bảo sự làm việc không gian của hệ kết cấu

Hệ khung chịu lực:

Bao gồm hệ thống dầm và cột liên kết với nhau theo hai phương tạo thành hệkhung không gian vừa chịu tải trọng đứng vừa chịu tải trọng ngang

Ưu điểm: Tạo ra không gian lớn, bố trí mặt bằng linh hoạt có thể đáp ứng đầy đủ

yêu cầu sử dụng của công trình

Nhược điểm: Có độ cứng ngang nhỏ, khả năng chịu tải trọng ngang kém, hệ dầm

thường có chiều cao lớn nên ảnh hưởng tới công năng sử dụng và ảnh hưởng tới chiềucao nhà, các công trình sử dụng kết cấu khung thường là những công trình có chiềucao không lớn lắm, với khung bê tông cốt thép không quá 15 tầng còn với khung thépkhông quá 30 tầng

Kết cấu vách cứng:

Là hệ kết cấu chịu lực được cấu thành từ các bức tường chịu lực và sàn nhà cácvách cứng làm việc như những conson đứng có chiều cao tiết diện lớn trong hệ nàytường chịu lực thay thế cột, dầm trong khung để chịu tải trọng đứng và ngang Tảitrọng ngang được truyền tới các vách cứng thông qua sàn được xem là tuyệt đối cứngtrong mặt phẳng của chúng Tường chịu lực ngoài lực nén thẳng đứng do tải trọngthẳng đứng gây ra còn phải chịu lực trượt và mô men do tải trọng ngang sinh ra

Ưu điểm: Độ cứng lớn do đó có khả năng chịu tải trọng ngang tốt hơn so với kết

cấu khung và chuyển vị ngang nhỏ Do đó tác dụng chính của vách là dùng để tăng độcứng (giảm chuyển vị ngang), tăng khả năng chịu tải trọng ngang trong nhà cao tầng

thường bị giảm yếu do có sự xuất hiên của các lỗ cửa.

Hệ lõi chiụ lực:

Lõi chịu lực có dạng vỏ hộp rỗng, tiết diện kín hoặc hở có tác dụng nhận toàn bộtải trọng tác động lên công trình và truyền xuống đất Phần không gian bên trongthường được dùng để bố trí các thiết bị vận chuyển theo phương đứng(thang máy, cầuthang …) và các đường ống kĩ thuật (điện, nước…)

Ưu điểm: Hệ lõi chịu lực có khả năng chịu tải trong ngang tốt.

Nhược điểm: Để hệ kết cấu tận dụng được hết tính ưu việt thì hệ sàn phải rất dày

và có biện pháp thi công đảm bảo chất lượng ở vị trí giao nhau giữa sàn và vách

Hệ kết cấu khung vách lõi kết hợp:

Trong hệ kết cấu này sử dụng kết hợp cả khung, tường và lõi chịu lực Hệ thốngvách cứng được tạo ra tại khu vực cầu thang bộ, cầu thang máy, khu vệ sinh hoặctường biên liên tục nhiều tầng Hệ thống khung được bố trí khu vực còn lại Hai hệthống khung và vách cứng liên kết với nhau thông qua hệ thống sàn

Hệ kết cấu khung, vách, lõi khắc phục được nhược điểm của các hệ kết cấu riêng

lẻ Việc sử dụng vách , lõi cùng chịu tải trọng ngang và đứng với hệ khung sẽ làm tănghiệu quả chịu lực của kết cấu, đồng thời nâng hiệu quả sử dụng không gian Đặc biệt

có sự hỗ trợ của lõi làm giảm tải trọng ngang do gió tác dụng vào từng khung Lõithường được bố trí kết hợp với lồng thang máy nên không ảnh hưởng đến không gian

sử dụng

Kết luận: Công trình “Tòa nhà chung cư cao cấp Bình Phước”, có kích thước

rộng 22,3 m; dài 22,3 m cao 09 tầng và một tầng hầm Lưới cột của công trình(7,0mx7,0m), (7,0 m x 8,0m), (8,0 m x 8,0 m) nên thiết kế chọn giải pháp khung bêtông cốt thép toàn khối chịu lực

Vậy, ta chọn giải pháp kết cấu khung chịu lực chính

Hệ chịu lực dầm sàn:

Việc lựa chọn giải pháp sàn rất quan trọng, quyết định tới tính kinh tế của côngtrình Khối lượng bê tông sàn thường chiếm tới 30%-40% tổng khối lượng bê tôngdùng cho toàn công trình và trọng lượng của bê tông sàn trở thành một loại tải trọngtĩnh chính Công trình càng cao tải trọng này tích lũy xuống cột các tầng dưới và móngcàng lớn làm tăng chí phí móng, cột và tăng tải trọng ngang do động đất Vì vậy cần ưutiên lựa chọn giải pháp sàn nhẹ để giảm tải trọng đứng

Trong kết cấu khung toàn khối chịu lực chính ta có thể áp dụng các giải phápsàn như sau:

Loại sàn này áp dụng với những loại sàn có bước khung bố trí đều đặn lớn trên4m thì dùng loại này kinh tế hơn hẳn nhờ chi phí thấp, không tốn cốp pha sàn, thi côngnhanh, thích hợp với các loại công trình như trường học, kí túc xá, trụ sở làm việc…Tuy nhiên đối với những nhà có mặt bằng bố trí phức tạp như chung cư thì dùng panenkhó tổ chức thi công hơn nhiều, cấu tạo kết cấu phức tạp.

Mặt khác, dùng sàn lắp ghép thì độ cứng tổng thể của nhà giảm so với nhà toànkhối

Sàn sườn toàn khối:

Đây là loại sàn dùng phổ biến nhất hiện nay, thích hợp cho công tác thi công toànkhối toàn công trình

Dựa vào hồ sơ kiến trúc đối với công trình này ta thấy chiều cao tầng điển hình là3,6m và hệ lưới các ô sàn tuy lớn nhưng do chức năng của công trình là làm nhà ởchung cư phải bố trí các vách ngăn giữa các phòng và không gian không đòi hỏi phảilớn nên việc ta bố trí thêm các dầm phụ cũng không làm ảnh hưởng đến chức năng làmviệc của công trình

Vậy ta lựa chọn hệ sàn sườn toàn khối là phù hợp đối với không gian của nhà ởchung cư, đồng thời để đảm bảo tính linh hoạt khi bố trí các vách ngăn giữa cácphòng

Lập mặt bằng kết cấu công trình theo giải pháp đã lựa chọn:

Căn cứ vào mặt bằng kiến trúc ta tiến hành lập mặt bằng kết cấu cho tất cả cáctầng (Từ tầng 1 đến tầng mái)

Mặt bằng kết cấu công trình bao gồm 5 mặt bằng kết cấu là: Mặt bằng kết cấutầng 1, mặt bằng kết cấu tầng 2, mặt bằng kết cầu tầng điển hình, mặt bằng kết cấutầng áp mái và mặt bằng kết cấu tầng mái

Do công trình có kích thước rộng 22,3m; dài 22,3m cao 09 tầng và một tầng

hầm Lưới cột của công trình là (7,0m x 7,0m), (7,0 x 8,0m) (8,0m x 8,0m); hệ dầmchính được đặt lên các cột với các nhịp dầm như lưới cột ở trên Do hệ lưới cột là lớnvới chức năng của công trình là nhà ở chung cư nên ta bố trí thêm các dầm phụ linhhoạt tạo không gian phù hợp với nhà ở chung cư

Căn cứ vào giải pháp kiến trúc và các bản vẽ kiến trúc ta thấy mặt bằng 2phương của ngôi nhà có L/B = 22,3/22,3 < 2, do vậy ta tính kết cấu cho ngôi nhà theokhung không gian làm việc theo 2 phương, bước cột tương tự nhau theo 2 phương nhưsau:

Chiều cao các tầng như sau: Có 1 tầng hầm cao 3m ; tầng 1 cao 4,2 m; tầng 2 cao4,2 m ; tầng 3 đến tầng 09 cao 3,6m; tầng mái cao 4,1m

Hệ kết cấu gồm hệ sàn BTCT toàn khối, trong mỗi ô bản chính có bố trí thêm cácdầm phụ, bố trí các dầm chạy trên các đầu cột, liên kết lõi thang máy và các cột là bảnsàn và các dầm

Xác định sơ bộ kích thước các cấu kiện (phần tử) của công trình:

Cơ sở lựa chọn:

- Mặt bằng kiến trúc của công trình

- Với các cấu kiện chịu uốn ta lựa chọn kích thước tiết diện theo độ cứng

- Với các cấu kiện chịu nén ta lựa chọn kích thước tiết diện theo điều kiện cường

Trong đó: - Với bản kê bốn cạnh m = (40÷45) và l là cạnh ngắn.

- D = 0,8÷1,4 phụ thuộc vào tải trọng tác dụng.

Chọn sơ bộ kích thước dầm:

Căn cứ vào điều kiện kiến trúc, bước cột và công năng sử dụng của công trình

mà chọn giải pháp dầm phù hợp Với điều kiện kiến trúc tầng nhà cao 3,6m trong đónhịp của dầm chính là 8m; 7m; 8m; 7m và phương án kết cấu BTCT thông thường thìchọn kích thước dầm hợp lý là điều quan trọng, cơ sở chọn tiết diện là từ các côngthức giả thiết tính toán sơ bộ kích thước Từ căn cứ trên ta sơ bộ chọn kích thước dầmnhư sau:

Chiều cao dầm:

+ md = 8÷12 đối với dầm khung.

l m

Trong đó: F: Diện tích tiết diện cột

N:Lực dọc tính theo diện chịu tải, N = q.n.S

Tương tự cột C1, cột C2 ta giảm tiết diện cứ 3 tầng ta giảm tiết diện 1 lần.

Vì cột C3 có tiết diện nhỏ nên ta giữ nguyên tiết diện cho tất cả các tầng

Bảng chọn sơ bộ tiết diện cột

Mô hình hóa hệ kết cấu chịu lực chính của phần thân của công trình bằng hệkhung không gian Khung có liên kết cứng tại nút

Sử dụng phần mềm tính kết cấu Etaps V9.7 để tính toán với: Các dầm chính, dầmphụ, cột là các Frame

Nhịp tính toán của khung lấy bằng khoảng cách giữa các trục cột

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH A.THIẾT KẾ SÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRA BẢNG.

Mặt bằng kết cấu ô bản tầng điển hình của công trình:

7000 1650

-Đặt tên các ô bản theo các điều kiện sau:

+Kích thước hình học ô bản, nhịp tính toán của ô bản

+Tổng tải trọng tác dụng lên ô bản

+Liên kết của ô bản với các dầm xung quanh

Tải trọng tác dụng lên ô bản:

Tải trọng tạm thời trên sàn và mái (hoạt tải):

-Hoạt tải tính toán bằng tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số vượt tải Hệ số độ tincậy lấy theo TCVN 2737-1995

-Đối với sàn và cầu thang lấy bằng 1,3 khi tải trọng tiêu chuẩn nhỏ hơn 200daN/m2

-Đối với sàn và cầu thang lấy bằng 1,2 khi tải trọng tiêu chuẩn hơn 200 daN/m2.-Trong nhà cao tầng, do xác suất xuất hiện hoạt tải ở tất cả các phòng và tất cảcác tầng là không xảy ra, do giá trị hoạt sử dụng được nhân với hệ số giảm tảiđược quy định trong TCVN 2737-1995

-Sau khi tính toán tĩnh tải và hoạt tải cho các phòng của sàn, ta tiến hành tổnghợp thành bảng tải trọng đơn vị phân bố đều trên sàn bao gồm tĩnh tải và hoạt tảisàn như bảng sau :

Bảng 1: các lớp cấu tạo của sàn

Bảng tính toán tải trọng đơn vị

Trọnglượngriêng(daN/m3)

Chiềudày(m)

Tải trọngtiêu chuẩn(daN/m2)

Hệsốvượttải

Tải trọngtính toán(daN/m2)

Tổngcộng(daN/m2)

Hoạt Tải P

Tổng q=g+p

Nguyên lý tính toán

- Dựa vào mặt bằng sàn đã bố trí ở trên ta chia thành các ô sàn theo quan niệm các ôsàn làm việc độc lập với nhau (tải trọng tác dụng lên ô bản này không gây nội lực chocác ô bản lân cận)

- Tính toán các ô sàn theo sơ đồ đàn hồi

- Nhịp tính toán tính từ tâm gối tựa này đến tâm gối tựa kia

Gọi : l1 : chiều dài theo phương cạnh ngắn của ô sàn

l2 : chiều dài theo phương cạnh dài của ô sàn

- Dựa vào tỷ số l2/l1 của các ô sàn mà ta tính bản loại dầm hoặc bản kê 4 cạnh + Nếu l2/l1 >2 sàn làm việc theo một phương hay gọi là bản loại dầm

+ Nếu l2/l1≤ 2 sàn làm việc theo hai phương hay gọi là bản kê 4 cạnh

+ Tự do khi đó là hỗng hoặc không có liên kết

- Tính toán cho bản loại dầm:

Cắt dải bản rộng 1m theo phương cạnh ngắn để tính toán.

Tùy liên kết cạnh bản mà có các sơ đồ tính đối với dầm

M g = + .-Nếu bản 2 đầu ngàm:

12

)(g p l12

)2/(

)2/

- Tính toán cho bản kê 4 cạnh:

Để tính toán sàn ta tách thành các ô bản đơn để tính toán Lúc này để kể đến vị trí

- β1, β2: là các hệ số tra bảng (phụ lục 6 sàn sườn bê tông toàn khối của GS TSNguyễn Đình Cống) phụ thuộc vào tỷ số r = l2/l1 và điều kiện liên kết ở biên của ô bản.

- α01, α02 : là giá trị α1, α2 ứng với bản có bốn cạnh kê tự do

- l1, l2: là chiều dài cạnh ngắn, chiều dài cạnh dài của ô bản

- α1, α2: là giá trị ứng với bản có các gối giữa ngàm Tra bảng (phụ lục 6 sàn sườn

bê tông toàn khối của GS.TS Nguyễn Đình Cống)

Bản được liên kết với dầm theo hai phương Bản kê 4 cạnh làm việc theo 2phương Có tất cả 9 sơ đồ (Sàn sườn bê tông toàn khối của GS TS Nguyễn Đình Cốngtrang 160) Với sàn tầng 3 thì các ô bản làm việc chủ yếu theo các sơ đồ sau:

Sơ đồ 6 Sơ đồ 7 Sơ đồ 8 Sơ đồ 9

Chiều cao làm việc : h0 = h-a

Theo phương cạnh ngắn: h01 = h-a

Theo phương cạnh dài : h02 =

d2 : đường kính cốt thép theo phương cạnh dài

Tính thép bản như cấu kiện chịu uốn có bề rộng b = 1m, chiều cao h = hb

5,11008,085,

h R

M A

ζ

= (cm2)

- Nếu αM >αR: tăng tiết diện hoặc tăng cấp độ bền của bê tông

Tính và kiểm tra hàm lượng cốt thép:

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép: µmin≤ max

R R

Hình 2 : Cấu tạo thép của ô bản

-Đối với loại bản dầm:µ% = (0,3% ÷ 0,9%) là hợp lý

-Đối với loại bản kê :µ % = (0,4% ÷ 0,8%) là hợp lý

Chọn và bố trí cốt thép:

Chọn A S sao cho: + A SCH ≥ A STT

+ Thỏa mãn điều kiện cấu tạo

+ Thuận tiện thi công

Chọn đường kính thép ∅6 ÷∅14 ( không được lớn hơn hb/10)

Khoảng cách giữa các thanh thép: TT S

TT S

a

a A

=

S

S TT

+ Cốt thép ở nhịp theo phương cạnh ngắn (l1) đặt ở lớp dưới còn cốt thép ởnhịp theo phương cạnh dài (l2) đặt ở lớp trên

+ Cốt thép chịu mômen âm ở gối theo phương cạnh ngắn (l1) đặt suốt theochiều dài của dầm cạnh dài, còn cốt thép chịu mômen âm ở gối theo phương cạnh dài(l2) đặt phần còn lại ở dầm cạnh ngắn

+ Lưới cốt thép chịu mômen âm trên gối cả hai phương có bề rộng bằng 0,25l1.+ Nối cốt thép: cốt thép chịu mômen dương nối tại gối tựa, cốt thép chịumômen âm nối tại nhịp

B.TÍNH SÀN BẰNG PHẦN MỀM ETABS 1.1 Nội lực sàn tầng 3 theo hai phương:

1.1.2 Nội lực sàn tầng 3 theo phương Y(M 22 ):

1.2 Nội lực của từng ô sàn:

1.2.1 Ô sàn 1:

Momen theo phương X(M11) Momen theo phương Y(M22)

MI’=-0.332 (T.m) MII’=0(T.m)

1.3 Tính toán cốt thép cho các ô sàn.

(Các bước tương tự như tính theo phương pháp tra bảng)

- Kết quả tính toán cốt thép cho các ô sàn thể hiện ở Bảng sau

Ô SÀN CẠNH VỊ TRÍ Mômen M x

(T.m) b (cm)

h (cm) a (cm)h 0 (cm) α m THTT ξ A S

(cm 2 )

Chọn thép φ Khoảng cách

GỐI MI' -0.05 100 12 2 10 0.004 CỐT ĐƠN 0.004 0.196 8 200 2.51 0.251L1

Nhận xét:Từ 2 kết quả tính thép sàn trên ta thấy tính sàn bằng phần mềm etabs cho diện tích cốt thép cần thiết là lớn hơn so với tính

toán bằng phương pháp tra bảng

THIẾT KẾ CẦU THANG BỘ TẦNG ĐIỂN HÌNH Mặt bằng kết cấu:

Cốt thép CII : Rs = Rsc = 280MPa, Es = 210000MPa

Cấu tạo cầu thang tầng điển hình:

Cầu thang là loại cầu thang 2 vế dạng bản, chiều cao tầng điển hình là 3,5m

Cấu tạo một bậc thang: b = 300 mm, h = 150 mm, bậc thang được xây bằng gạch.

Vậy dầm cầu thang có kích thước sơ bộ bxh= (20x30)cm

Tải trọng tác dụng lên cầu thang:

Tải trọng tác dụng vào chiếu nghỉ :

Tĩnh tải: Bảng 3:

Tổng tải trọng tác dụng lên chiếu nghỉ:

q1 = p1 + g1 = 360 + 405,2 = 765,2 (daN/m2) ( theo phương thẳng đứng)

Tải trọng tác dụng lên bản thang:

Trọng lượng bản thang các lớp cấu tạo được xác định theo công thức:

δ : Chiều dày tương đương của lớp thứ i.

Đối với các lớp gạch (đá hoa cương, đá mài…) và lớp vữa có chiều dày chiều dày tương đương được xác định như sau:

α - góc nghiên của bản thang.

Đối với bậc thang xây gạch có kích thước lb, hb, chiều dày tương đương

được xác định như sau:

cos 2

α

δ = b×td

h

ni – hệ số tin cậy của lớp thứ i

Bảng 4: Chiều dày tương đương của các lớp cấu tạo bản thang

Chiều dày tương đương của các lớp cấu tạo bản thangCác lớp cấu tạo lb (m) hb (m) δ (m) Cosα δtđ (m)

Bảng 5: Tải trọng truyền lên bản thang

Tải trọng truyền lên bản thang

Phân tích sự làm việc của cầu thang:

+ Xem cầu thang làm việc theo sơ đồ dầm gãy khúc một đầu liên kết với dầm

D1 một đầu liên kết với dầm D2

Hình 3:Sơ đồ tính của cầu thang

Tính toán bản thang:

Tải trọng tác dụng lên bản thang

Do cầu thang không có limon nên ta cắt dải rộng 1m dọc theo phương chịu lực và xem là một dầm đơn giản liên kết với đà chiếu nghỉ

và đà chiếu tới

Tải phân bố đều tác dụng lên 1 m bản thang:

Tổng tải trọng tác dụng vuông góc với bản thang

q=624,6+q=624,6 25 360 1009,6+ + = (daN/m2)

qpb=1m x 1009,6 (daN/m2) =1009,6 (daN/m) ( tải trọng theo phương thẳng đứng)