Đánh giá hiệu quả thiết kế sàn bê tông cốt thép nhà nhiều tầng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

Giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhiều tầng xu thế vẫn là sử dụng sàn bê tông cốt thép vì nó mang lại hiệu quả cao, chi phí hợp lý, dễ thi công, vật liệu để xây dựng cung cấp dễ dàng và có

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THÀNH CÔNG

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ THIẾT KẾ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP

NHÀ NHIỀU TẦNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD & CN

Mã số: 60580208

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng - Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRƯƠNG HOÀI CHÍNH

Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG

Phản biện 2: TS ĐẶNG CÔNG THUẬT

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt

nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa vào

ngày tháng năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách

khoa

- Thư viện Khoa sau Đại học, Trường Đại học Bách khoa –

ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Nhu cầu xây dựng nhà nhiều tầng đang là xu hướng cho các đô

thị đang phát triển Giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhiều tầng xu thế

vẫn là sử dụng sàn bê tông cốt thép vì nó mang lại hiệu quả cao, chi

phí hợp lý, dễ thi công, vật liệu để xây dựng cung cấp dễ dàng và có

thể sử dụng nguồn vật liệu tại địa phương

Thành phố Quảng Ngãi là đô thị loại 2, đang phát triển với tốc

độ tương đối nhanh nên nhu cầu nhu cầu xây dựng nhà nhiều tầng là

rất lớn Trong thực tế thiết kế tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể nên các

bộ phận kết cấu cùng loại (sàn, dầm ) trong một số công trình cùng

công năng, cùng tính chất tải trọng đã được thiết kế với những giá trị

khác nhau Với mục tiêu nhằm đánh giá hiệu quả của việc thiết kế

hợp lý sàn bê tông cốt thép và có cái nhìn tổng quát về khả năng chịu

lực của các loại kết cấu đó Đề tài: “Đánh giá hiệu quả thiết kế sàn

bê tông cốt thép nhà nhiều tầng trên địa bàn thành phố Quảng

Ngãi” được lựa chọn có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu các bản vẽ thiết kế sàn bê tông cốt thép đã có, tính

toán lại các yếu tố như: cách chọn bề dày sàn và hàm lượng cốt thép

bố trí trong sàn theo lý thuyết đã được học, từ đó so sánh và đánh

giá

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+ Đối tượng nghiên cứu: Sàn bê tông cốt thép nhà nhiều tầng

+ Phạm vi nghiên cứu: Các sàn trong công trình (có cùng công

năng, cùng tính chất tải trọng, bê tông cùng cấp độ bền) trên địa bàn

thành phố Quảng Ngãi

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết tính toán các loại sàn bê tông cốt thép

- Nghiên cứu trên các bản vẽ thiết kế công trình thực tế thu

thập được trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi, tính toán lại theo lý

thuyết đã được học So sánh, nhận xét, kết luận, kiến nghị đề xuất

5 Bố cục luận văn

- Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan về sàn bê tông cốt thép

- Chương 2: Lý thuyết tính toán

- Chương 3: Thu thập các số liệu công trình xây dựng thực tế -

tính toán so sánh

- Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.1 TỔNG QUAN VỀ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP

Sàn bê tông cốt thép được sử dụng khá rộng rãi trong xây

dựng và dưới nhiều dạng khác nhau: sàn nhà dân dụng, công nghiệp,

các dạng mái bằng, mái nghiêng, bản cấu thang, các dạng móng, đáy

bể, tường chắn Cấu kiện cơ bản của sàn phẳng là bản và dầm Gối

đỡ sàn có thể là tường hoặc cột Móng bè là một loại sàn phẳng lật

ngược Tường và đáy của các bể chứa hình chữ nhật cũng có dạng

sàn phẳng

Trong công việc thiết kế công trình, hệ sàn có ảnh hưởng rất

lớn tới sự làm việc không gian của kết cấu Sàn trực tiếp tiếp nhận tải

trọng thẳng đứng để truyền xuống tường và cột, sau đó là xuống

móng Đồng thời sàn còn là vách cứng nằm ngang tiếp nhận tải trọng

ngang (gió, động đất,…) để truyền vào các kết cấu thẳng đứng

(khung, vách,…) qua đó truyền xuống móng Việc lựa chọn phương

án sàn hợp lí là rất quan trọng Do vậy cần có sự phân tích đúng và

hợp lí phù hợp với công trình để đưa ra phương án tốt nhất cho công

- Tính toán đơn giản

- Được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi công

phong phú nên thuận tiện cho việc lựa chọn công nghệ thi công

* Nhược điểm:

- Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn rất lớn khi vượt khẩu

độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng của công trình lớn nên gây bất lợi cho

kết cấu công trình khi chịu tải trọng ngang và không tiết kiệm chi phí

vật liệu

- Không tiết kiệm không gian sử dụng

1.2.2 Hệ sàn ô cờ

* Ưu điểm:

Tránh được có quá nhiều cột bên trong nên tiết kiệm được

không gian sử dụng và có kiến trúc đẹp, dễ trang trí, thích hợp với

các công trình yêu cầu thẩm mỹ cao và không gian sử dụng lớn như

hội trường, câu lạc bộ

* Nhược điểm:

- Không tiết kiệm, thi công phức tạp

- Khi mặt bằng sàn quá rộng cần phải bố trí thêm các dầm

chính Vì vậy, nó cũng không tránh được những hạn chế do chiều

cao dầm chính phải lớn để giảm độ võng

1.2.3 Sàn không dầm (sàn nấm)

* Ưu điểm:

- Mặt trần phẳng, mỹ quan và có khả năng chịu lực chấn động,

cũng như tải trọng lớn

- Chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm được chiều cao công trình

- Tiết kiệm được không gian sử dụng

- Dễ phân chia không gian

- Dễ bố trí hệ thống kỹ thuật điện, nước…

- Thích hợp với những công trình có khẩu độ vừa

- Việc thi công phương án này nhanh hơn so với phương án

sàn dầm bởi không phải mất công gia công cốp pha, côt thép dầm,

cốt thép được đặt tương đối định hình và đơn giản, việc lắp dựng ván

khuôn và cốp pha cũng đơn giản

- Do chiều cao tầng giảm nên thiết bị vận chuyển đứng cũng

không cần yêu cầu cao, công vận chuyển đứng giảm nên giảm giá

thành

- Tải trọng ngang tác dụng vào công trình giảm do công trình

có chiều cao giảm so với phương án sàn dầm

* Nhược điểm:

- Trong phương án này các cột không được liên kết với nhau

để tạo thành khung do đó độ cứng nhỏ hơn nhiều so với phương án

sàn dầm, do vậy khả năng chịu lực theo phương ngang phương án

này kém hơn phương án sàn dầm, chính vì vậy tải trọng ngang hầu

hết do vách chịu và tải trọng đứng do cột chịu

- Sàn phải có chiều dày lớn để đảm bảo khả năng chịu uốn và

chống chọc thủng do đó dẫn đến tăng khối lượng sàn, không kinh tế

vì tốn vật liệu

1.2.4 Sàn không dầm ứng lực trước

* Ưu điểm:

Ngoài các đặc điểm chung của phương án sàn không dầm thì

phương án sàn không dầm ứng lực trước sẽ khắc phục được một số

nhược điểm của phương án sàn không dầm:

- Giảm chiều dày sàn làm giảm được khối lượng sàn dẫn tới

giảm tải trọng ngang tác dụng vào công trình cũng như giảm tải

trọng đứng truyền xuống móng

- Tăng độ cứng của sàn lên, làm cho thoả mãn về yêu cầu sử

dụng bình thường

- Sơ đồ chịu lực trở nên tối ưu hơn do cốt thép ứng lực trước

được đặt phù hợp với biểu đồ mômen do tính tải gây ra, nên tiết kiệm

được cốt thép

* Nhược điểm:

Tuy khắc phục được các ưu điểm của sàn không dầm thông

thường nhưng lại xuất hiện một số khó khăn cho việc chọn lựa

phương án này như sau:

- Thiết bị thi công phức tạp hơn, yêu cầu việc chế tạo và đặt

cốt thép phải chính xác do đó yêu cầu tay nghề thi công phải cao

hơn, tuy nhiên với xu thế hiện đại hoá hiện nay thì điều này sẽ là yêu

cầu tất yếu

- Thiết bị giá thành cao và còn hiếm do trong nước chưa sản

xuất được

1.3 CÁC CÔNG TRÌNH NHÀ NHIỀU TẦNG SỬ DỤNG SÀN

BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ QUẢNG

NGÃI (được khảo sát thiết kế so sánh)

CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN

2.1 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP

2.1.1 Đặc điểm của kết cấu sàn

Đặc điểm chủ yếu của kết cấu sàn là nó ở vị trí nằm ngang

Kết cấu sàn được tựa lên các kết cấu đỡ (gối tựa) theo phương đứng

là tường, cột, khung Dưới tác dụng của tải trọng đứng kết cấu sàn

làm việc chịu uốn

Trong đề tài nghiên cứu này chỉ giới hạn trong việc tính toán

thiết kế một số loại sàn sườn toàn khối

2.1.2 Các bộ phận của sàn sườn toàn khối

Bộ phận chủ yếu là kết cấu bản Ngoài ra thường có thêm hệ

dầm sàn

2.1.3 Các bước thiết kế kết cấu sàn

Thiết kế kết cấu sàn chủ yếu là thiết kế bản sàn và dầm sàn

Các dầm chính được tính toán theo kết cấu khung Thiết kế bản sàn

thường theo 7 bước sau:

Bước 1: Mô tả kết cấu, nêu rõ tên gọi, vị trí trên mặt bằng kết

cấu, nhiệm vụ, các đặc điểm (nếu có), các kích thước cơ bản

Bước 2: Sơ đồ kết cấu, liên kết, gối tựa, là kết cấu tĩnh định

hay siêu tĩnh…

Bước 3: Sơ bộ chọn kích thước; bề dày bản, bề cao và bề rộng

tiết diện dầm

Bước 4: Xác định tải trọng gồm tải trọng thường xuyên (tĩnh

tải) và tải trọng tạm thời (hoạt tải), xét các trường hợp bất lợi có thể

xảy ra của hoạt tải

Bước 5: Tính toán, vẽ biểu đồ nội lực

Bước 6: Tính toán về bê tông cốt thép

Bước 7: Thiết kế chi tiết và thể hiện bản vẽ thi công

2.2 SƠ ĐỒ KẾT CẤU, SỰ LÀM VIỆC VÀ CÁCH TÍNH SÀN

BÊ TÔNG CỐT THÉP

2.2.1 Sàn sườn toàn khối có bản loại dầm

2.2.1.1 Sơ đồ kết cấu, sự làm việc

Sàn gồm bản sàn và hệ dầm (sườn) đúc liền khối: bản kê lên

dầm phụ, dầm phụ gối lên dầm chính, dầm chính gối lên cột và

tường Ô bản có liên kết bốn cạnh luôn luôn chịu uốn theo hai

phương nhưng trong tính toán, do l2 khá lớn hơn l1 (M2 khá bé so với

M1) nên có thể bỏ qua sự làm việc theo cạnh dài và tính toán như bản

một phương Điều kiện là lt2/lt1>3 Tuy vậy trong tính toán thực hành

có thể tính toán theo bản một phương khi lt2/lt1>2

2.2.1.2 Xác định nội lực, tính toán cốt thép và cấu tạo cốt

thép

Để tính nội lực trong các bộ phận của sàn có thể dùng sơ đồ

đàn hồi hoặc sơ đồ có kể đến biến dạng dẻo Các sàn của nhà dân

dụng và công nghiệp bình thường cần được tính theo sơ đồ biến dạng

dẻo (khớp dẻo) Sàn của nhà chịu tải trọng động, hoặc trong môi

trường ăn mòn nên tính theo sơ đồ đàn hồi

* Tính bản theo sơ đồ khớp dẻo:

- Sơ đồ tính: Do bản dầm chỉ làm việc theo một phương

(phương cạnh ngắn l1) nên để tính toán bản dầm ta cắt ra 1m rộng

bản theo phương cạnh ngắn xem như dầm liên tục nhiều nhịp, bỏ qua

ảnh hưởng qua lại giữa các dải; xem các dải bản làm việc độc lập

như dầm liên tục tựa lên dầm phụ và tường

- Sơ bộ lựa chọn chiều dày bản: chiều dày bản được xác định

sơ bộ theo công thức sau: h b =D.l/m

D: hệ số phụ thuộc vào tải trọng, D = 0,8÷1,4 (tải trọng càng

lớn thì chọn D càng lớn)

m: hệ số phụ thuộc vào liên kết của bản và sự làm việc của

bản; với bản dầm lấy m =(30÷35), với bản kê bốn cạnh có thể lấy m

= (35÷45)

l được lấy bằng l1

hb được chọn chẵn đến cm và không được bé hơn hmin

- Tải trọng:

+ Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải): Tĩnh tải trên bản chủ yếu

là trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo của mặt sàn Ngoài ra, trong

một số trường hợp đặc biệt bản còn có thể chịu tĩnh tải tập trung do

trọng lượng các vách ngăn cố định đặt trên bản

+ Tải trọng tạm thời (hoạt tải): Hoạt tải trên sàn, ký hiệu là p,

thường được lấy là phân bố đều (kN/m2) Với công trình dân dụng và

công nghiệp tiêu chuẩn về tải trọng là TCVN 2737: 1995

- Nhịp tính toán: Nhịp giữa lấy bằng khoảng cách giữa 2 mép

dầm phụ: l = l1 – bdp; Nhịp biên lấy bằng khoảng cách từ mép dầm

phụ đến cách mép tường nửa lần chiều dày bản: lb = l1 – 0,5bdp –

0,5bt + 0,5hb;

- Nội lực: Với dải bản liên tục có các nhịp lt cạnh nhau chênh

lệch không quá 10% có thể dùng các công thức lập sẵn

+ Với các gối giữa và nhịp giữa: M = qlt2/16 (2-1)

Để tính M dương giữa nhịp thì ở nhịp nào lấy lt của nhịp ấy

còn để tính M âm ở trên gối, lấy lt theo nhịp lớn hơn kề với gối ấy

+ Với gối biên (gối A) Trong đa số trường hợp xem là gối kê

tự do, trong tính toán cho MA = 0 Trường hợp bản đúc liền với dầm

biên mà độ cứng chống xoắn của dầm khá lớn, xem gối tựa là ngàm

đàn hồi thì có thể lấy mômen âm ở gối biên (gối A) là:

Lấy hệ số 𝜑𝐴 = 24 ÷ 32 tùy thuộc vào sự đánh giá độ cứng của

dầm Với ngàm tuyệt đối cứng và tính theo sơ đồ dẻo thì 𝜑𝐴 = 16

+ Với gối thứ hai (gối B) và nhịp biên Khi xem gối A là kê tự

do (MA = 0) thì tính MB và M1 theo công thức với lt của nhịp biên:

Với dải bản nhiều nhịp, khi chênh lệch giữa nhịp lớn nhất và

bé nhất không quá 10% của nhịp lớn, để đơn giản hóa việc tính toán

có thể lấy lt theo nhịp lớn nhất để tính toán cho tất cả các mômen đã

kể trên

- Tính cốt thép bản sàn: Tính như cấu kiện chịu uốn tiết diện

chữ nhật đặt cốt đơn có: b=1m; h=hb; Tiết diện giữa nhịp biên và

nhịp giữa với mômen dương lớn nhất Tiết diện gối thứ 2 và gối giữa

với mômen âm

Giả thiết a0 Với bản thường chọn a0 = 15 ÷ 20mm Khi h khá

Kiểm tra điều kiện hạn chế ξ≤ξR hoặc ξ≤ξD Chú ý rằng khi

𝛼𝑚 ≤ 0,255 thì trong mọi trường hợp điều kiện hạn chế về ξ đều

thỏa mãn do đó có thể không cần kiểm tra

Khi điều kiện hạn chế được thỏa mãn, tính 𝛾:

chứng tỏ h quá lớn so với yêu cầu, nếu được thì rút bớt h để tính lại

Nếu không thể giảm h thì cần chọn As theo yêu cầu tối thiểu bằng

μminbh0

Sau khi chọn và bố trí cốt thép (đường kính ∅, chiều dày lớp

bảo vệ c…) cần tính lại a0 và h0 Khi h0 không nhỏ hơn giá trị đã

dùng để tính toán thì kết quả là thiên về an toàn Nếu h0 nhỏ hơn giá

trị đã dùng với mức độ đáng kể thì cần tính toán lại

- Bố trí cốt thép bản sàn: Cốt thép trong bản cần được cấu tạo

thành lưới gồm các thanh đặt theo hai phương vuông góc với nhau

Theo mỗi phương các thanh được xác định bởi đường kính ∅ và

khoảng cách a Tùy theo vai trò, nhiệm vụ mà cốt thép trong bản

đươc gọi là cốt thép chịu lực hoặc cốt thép cấu tạo Nên chọn ∅ ≤

h/10 Để chọn khoảng cách a có thể tính toán như sau: Tính as là diện

Chọn a không lớn hơn giá trị vừa tính được Nên chọn a là bội

của 10mm để thuận tiện cho thi công

* Tính bản theo sơ đồ đàn hồi:

Nguyên tắc thiết kế sàn theo sơ đồ đàn hồi khác sơ đồ biến

dạng dẻo cơ bản ở bước xác định nội lực Để xác định nội lực trong

bản dầm theo sơ đồ đàn hồi có thể dùng phương pháp:

- Cắt một dải bản rộng 1m và xem như dầm liên tục nhiều nhịp

chịu tải trọng phân bố đều, giá trị nội lực được xác định theo các

phương pháp của cơ học kết cấu về tính toán dầm liên tục Trong

trường hợp các nhịp lt là bằng nhau, có thể dùng công thức sau đây

với các hệ số 𝛼𝑎, 𝛼𝑏 được tính sẵn

M = (𝛼𝑎g + 𝛼𝑏p)𝑙𝑡2 (2-11)

2.2.2 Sàn sườn toàn khối có bản kê 4 cạnh

2.2.2.1 Sơ đồ kết cấu, sự làm việc

Sàn gồm bản sàn và hệ sườn đúc liền khối, tỉ lệ các cạnh của ô

bản l2/l1 ≤ 2 (thường lấy 1÷1,5), kích thước các cạnh l1, l2 = 4÷6m

2.2.2.2 Xác định nội lực, tính toán cốt thép

- Sơ đồ tính toán: Xét ở bản có liên kết bốn cạnh với nhịp tính

toán lt1 và lt2 Tính toán ở bản chịu uốn hai phương khi l2/l1 ≤ 2

-Tính nội lực ô bản đơn kê tự do trên bốn cạnh:

+ Với sơ đồ dẻo tính toán M1 và M2 theo công thức:

-Tính nội lực ô bản đơn có liên kết ngàm:

+ Tính toán theo sơ đồ dẻo: Lấy M1 là mômen chuẩn của ô