TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
Nhu cầu xây dựng công trình
Trong những năm gần đây, đô thị hóa gia tăng đáng kể đã dẫn đến việc nâng cao mức sống và nhu cầu của người dân Điều này kéo theo nhu cầu về ăn ở, nghỉ ngơi và giải trí ngày càng cao hơn và tiện nghi hơn.
Để phù hợp với xu hướng hội nhập và công nghiệp hóa, việc đầu tư xây dựng các công trình nhà ở cao tầng nhằm thay thế các công trình thấp tầng và khu dân cư xuống cấp là rất cần thiết cho sự phát triển bền vững của đất nước.
Chung cư Mỹ Phước được xây dựng để đáp ứng nhu cầu nhà ở của người dân, đồng thời góp phần thay đổi diện mạo đô thị, phản ánh sự phát triển của một đất nước đang trên đà tiến bộ.
Địa điểm xây dựng công trình
Nằm tại trung tâm khu đô thị mới Thảo Điền, quận Tân Bình, thành phố Hồ Chí Minh, công trình sở hữu vị trí thoáng đãng và đẹp mắt, góp phần tạo nên điểm nhấn nổi bật và sự hài hòa hiện đại cho tổng thể quy hoạch khu dân cư.
Công trình nằm trên trục đường giao thông chính thuận lợi cho việc cung cấp vật tưvà giao thông ngoài công trình
Hệ thống cấp điện, cấp nước trong khu vực đã hoàn thiện đáp ứng tốt các yêu cầucho công tác xây dựng
Khu đất xây dựng có bề mặt phẳng, không tồn tại công trình cũ hay công trình ngầm, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thi công và bố trí tổng bình đồ.
Giải pháp kiến trúc
1.3.1 Mặt bằng và phân khu chức năng
Mặt bằng công trình hình vuông, cạnh 27 m, chiếm diện tích là 802 m 2
Công trình có 14 tầng, bao gồm cả mái, và 1 tầng hầm, với cốt ±0,00 m được đặt tại mặt sàn tầng 1 Mặt đất tự nhiên nằm ở cốt -1,20 m, trong khi mặt sàn tầng hầm ở cốt -3,00 m Tổng chiều cao của công trình đạt 51,6 m tính từ mặt đất tự nhiên.
Tầng hầm được thiết kế với thang máy ở giữa và chỗ đậu xe ôtô xung quanh, cùng với các hệ thống kỹ thuật như bể chứa nước sinh hoạt, trạm bơm và trạm xử lý nước thải được bố trí hợp lý để giảm tối thiểu chiều dài ống dẫn Ngoài ra, tầng hầm còn có các bộ phận kỹ thuật về điện như trạm cao thế, hạ thế và phòng quạt gió.
Tầng trệt và tầng lửng được thiết kế làm siêu thị, phục vụ nhu cầu mua sắm và các dịch vụ giải trí cho các hộ gia đình, đồng thời đáp ứng nhu cầu chung của khu vực.
Tầng 2 – 14: bố trí các căn hộ phục vụ nhu cầu ở
Giải pháp mặt bằng đơn giản giúp tạo ra không gian rộng rãi cho các căn hộ, sử dụng vật liệu nhẹ làm vách ngăn để tổ chức không gian một cách linh hoạt Điều này rất phù hợp với xu hướng và sở thích hiện tại, đồng thời dễ dàng thay đổi trong tương lai.
Sử dụng, khai thác triệt để nét hiện đại với cửa kính lớn, tường ngoài được hoànthiện bằng sơn nước
Giao thông ngang trong mỗi đơn nguyên là hệ thống hành lang
Hệ thống giao thông đứng của tòa nhà bao gồm 2 thang bộ và 3 thang máy, trong đó có 2 thang máy chính và 1 thang máy dành cho vận chuyển hàng hóa Các thang máy được bố trí ở vị trí trung tâm, với các căn hộ xung quanh lõi, giúp khoảng cách di chuyển ngắn nhất, tạo sự tiện lợi và hợp lý, đồng thời đảm bảo thông thoáng cho không gian sống.
Giải pháp kỹ thuậ
Hệ thống tiếp nhận điện từ hệ thống điện chung của khu đô thị qua phòng máy điện, sau đó phân phối điện năng đến toàn bộ công trình thông qua mạng lưới điện nội bộ.
Nguồn nước được cung cấp từ hệ thống cấp nước khu vực, dẫn vào bể chứa nước ở tầng hầm Từ đây, nước sẽ được bơm tự động đến từng phòng qua hệ thống bơm nước.
Ba mặt của công trình đều có bancol thông gió chiếu sáng cho các phòng Ngoài ra còn bố trí máy điều hòa ở các phòng
Công trình BTCT được thiết kế với tường ngăn bằng gạch rỗng, giúp cách âm và cách nhiệt hiệu quả Dọc theo hành lang, các hộp chống cháy được lắp đặt với bình khí CO2 Mỗi tầng lầu đều có ba cầu thang, đảm bảo an toàn cho việc thoát người trong trường hợp xảy ra cháy nổ.
Hệ thống thu sét chủ động Dynasphere, được lắp đặt trên mái, kết hợp với hệ thống dây nối đất bằng đồng, giúp giảm thiểu nguy cơ bị sét đánh hiệu quả.
Rác thải từ mỗi tầng được thu gom và đưa vào gen rác, sau đó được chuyển xuống gian rác ở tầng hầm Gian rác được thiết kế kín đáo và kỹ lưỡng nhằm ngăn chặn mùi hôi và ô nhiễm môi trường, đồng thời có bộ phận chuyên dụng để đưa rác ra ngoài.
Lựa chọn giải pháp kết cấu
Các hệ kết cấu bê tông cốt thép toàn khối thường được áp dụng trong xây dựng nhà cao tầng bao gồm: khung, tường chịu lực, khung vách hỗn hợp, hình ống và hình hộp Việc lựa chọn hệ kết cấu phù hợp phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của công trình, công năng sử dụng, chiều cao của tòa nhà và tải trọng ngang từ động đất hoặc gió.
Hệ kết cấu khung có khả năng tạo ra không gian lớn và linh hoạt, phù hợp cho các công trình công cộng Mặc dù có sơ đồ làm việc rõ ràng, nhưng hệ kết cấu này kém hiệu quả khi chiều cao công trình tăng Thực tế cho thấy, kết cấu khung bê tông cốt thép thường được áp dụng cho các công trình cao đến 20 tầng tại khu vực có nguy cơ động đất cấp 7, 15 tầng cho vùng cấp 8 và 10 tầng cho cấp 9.
1.5.2 Hệ kết cấu vách cứng và lõi cứng
Hệ kết cấu vách cứng có thể được bố trí theo một hoặc hai phương, hoặc liên kết thành các hệ không gian gọi là lõi cứng, nổi bật với khả năng chịu lực ngang tốt, thường được áp dụng cho các công trình cao trên 20 tầng Tuy nhiên, độ cứng ngang của vách cứng chỉ hiệu quả ở những độ cao nhất định; khi chiều cao công trình tăng, kích thước vách cứng cần phải lớn hơn, điều này khó thực hiện Hệ thống vách cứng cũng hạn chế việc tạo ra không gian rộng rãi Trong thực tế, hệ kết cấu này thường hiệu quả cho các công trình nhà ở và khách sạn có chiều cao không quá 40 tầng đối với cấp phòng chống động đất ≤7, và độ cao giới hạn sẽ giảm nếu cấp phòng chống động đất cao hơn.
1.5.3 Hệ kết cấu khung-giằng (khung và vách cứng)
Hệ kết cấu khung-giằng bao gồm khung và vách cứng, thường được hình thành tại khu vực cầu thang bộ, cầu thang máy, khu vệ sinh chung và các tường biên, nơi có tường liên tục nhiều tầng Hệ thống khung được bố trí tại các khu vực còn lại của ngôi nhà và được liên kết với hệ vách qua hệ kết cấu sàn Hệ sàn liền khối đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc này, với vách chịu tải trọng ngang chủ yếu, trong khi khung thiết kế để chịu tải trọng thẳng đứng Sự phân chia chức năng này giúp tối ưu hóa các cấu kiện, giảm kích thước cột và dầm, đồng thời đáp ứng yêu cầu kiến trúc.
Hệ kết cấu khung - giằng là giải pháp tối ưu cho nhiều công trình cao tầng, đặc biệt hiệu quả cho các tòa nhà lên đến 40 tầng Tuy nhiên, trong các khu vực có động đất, chiều cao tối đa của công trình sẽ giảm: 30 tầng cho vùng động đất cấp 8 và 20 tầng cho vùng động đất cấp 9.
1.5.4 Hệ thống kết cấu đặc biệt
Hệ kết cấu đặc biệt này bao gồm khung không gian ở các tầng dưới và khung giằng ở phía trên, được ứng dụng cho các công trình cần không gian lớn ở tầng dưới Phạm vi ứng dụng của hệ kết cấu này tương tự như khung giằng, nhưng yêu cầu thiết kế phải chú trọng đến khung không gian dưới và kết cấu tầng chuyển tiếp giữa hai hệ thống Thiết kế cho hệ kết cấu này thường phức tạp, đặc biệt là trong việc đảm bảo khả năng kháng chấn.
1.5.5 Hệ kết cấu hình ống
Hệ kết cấu hình ống được hình thành từ một ống bao quanh nhà, bao gồm các cột, dầm và giằng, hoặc có thể là hệ thống ống trong ống Thường thì ống được đặt ở bên ngoài, trong khi bên trong là hệ thống khung, vách cứng, hoặc sự kết hợp của cả hai Với độ cứng theo phương ngang lớn, hệ kết cấu hình ống rất phù hợp cho các công trình có chiều cao trên 25 tầng; ngược lại, đối với các công trình thấp hơn 25 tầng, loại kết cấu này ít được áp dụng.
1.5.6 Hệ kết cấu hình hộp Đối với các công trình có độ cao lớn và có kích thước mặt bằng lớn, ngoài việc tạo ra hệ thống khung bao quanh làm thành ống, người ta còn tạo ra các vách phía trong bằng hệ thống khung với mạng cột xếp thành hàng Hệ kết cấu đặc biệt này có khả năng chịu lực ngang lớn thích hợp cho các công trình rất cao Kết cấu hình hộp có thể sử dụng cho các công trình cao tới 100 tầng
Sau khi phân tích các ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của từng loại kết cấu chịu lực, chúng tôi đã quyết định lựa chọn hệ kết cấu khung-vách cho công trình.
Hệ kết cấu sàn
Hệ sàn đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến sự hoạt động của kết cấu công trình Việc lựa chọn phương án sàn hợp lý là rất cần thiết, do đó cần thực hiện phân tích chính xác để xác định phương án phù hợp với kết cấu của công trình.
Ta xét các phương án sàn sau:
Cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn Ưu điểm:
- 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
Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn tăng lên đáng kể khi vượt qua khẩu độ lớn, điều này dẫn đến chiều cao tầng của công trình cũng lớn theo, gây bất lợi cho kết cấu khi chịu tải trọng ngang và làm tăng chi phí vật liệu.
- Không tiết kiệm không gian sử dụng
Hệ dầm được cấu tạo vuông góc theo hai phương, chia bản sàn thành các ô bản kê bốn cạnh với nhịp nhỏ, yêu cầu khoảng cách giữa các dầm không vượt quá 2m Ưu điểm của thiết kế này là tăng cường độ bền và khả năng chịu tải cho công trình.
Việc giảm thiểu số cột bên trong không chỉ giúp tiết kiệm không gian sử dụng mà còn tạo nên kiến trúc đẹp mắt, phù hợp với các công trình yêu cầu thẩm mỹ cao và có không gian lớn như hội trường, câu lạc bộ.
- Không tiết kiệm, thi công phức tạp
Khi thiết kế mặt bằng sàn rộng, việc bổ sung các dầm chính là cần thiết để đảm bảo tính ổn định Tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến một số hạn chế, như yêu cầu chiều cao dầm chính phải lớn hơn để giảm thiểu độ võng.
1.6.3 Sàn không dầm (không có mũ cột)
Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột Ưu điểm:
- 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
Phương án thi công này có ưu điểm vượt trội về thời gian so với phương án sàn dầm, nhờ vào việc giảm thiểu công sức gia công cốp pha và cốt thép dầm Cốt thép được định hình một cách đơn giản, cùng với quy trình lắp dựng ván khuôn và cốp pha cũng trở nên dễ dàng hơn.
- 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
Trong phương án này, các cột không liên kết với nhau để tạo thành khung, dẫn đến độ cứng thấp hơn nhiều so với phương án sàn dầm Do đó, khả năng chịu lực theo phương ngang của phương án này kém hơn, khiến tải trọng ngang chủ yếu do vách chịu, trong khi tải trọng đứng được cột đảm nhận.
- Sàn phải có chiều dày lớn để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủngdo đó dẫn đến tăng khối lượng sàn
1.6.4 Sàn không dầm ứng lực trước Ưu điểm:
Phương án sàn không dầm ứng lực trước không chỉ sở hữu các đặc điểm chung của phương án sàn không dầm mà còn khắc phục được một số nhược điểm của phương án này, mang lại hiệu quả và tính năng vượt trội hơn.
- Giảm chiều dày sàn khiến giảm được khối lượng sàn dẫn tới giảm tải trọngngang tác dụng vào công trình cũng như giảm tải trọng đứng truyền xuống móng
- Tăng độ cứng của sàn lên, khiến cho thoả mãn về yêu cầu sử dụng bình thường
Sơ đồ chịu lực được tối ưu hóa nhờ việc bố trí cốt thép ứng lực trước phù hợp với biểu đồ mômen do tải trọng gây ra, từ đó giúp tiết kiệm lượng cốt thép sử dụng.
Tuy khắc phục được các ưu điểm của sàn không dầm thông thườngnhưng lại xuất hiện một số khó khăn cho việc chọn lựa phương án này như sau:
Thiết bị thi công ngày càng phức tạp, đòi hỏi việc chế tạo và lắp đặt cốt thép phải chính xác, từ đó yêu cầu tay nghề thi công cao hơn Trong bối cảnh hiện đại hóa hiện nay, điều này trở thành một yêu cầu thiết yếu.
- Thiết bị giá thành cao và còn hiếm do trong nước chưa sản xuất được.
Kết luận
Do tính chất của công trình là nhà cao tầng với bước cột lớn, giải pháp kết cấu chính được lựa chọn nhằm đảm bảo tính thẩm mỹ cho các căn hộ.
- Kết cấu móng cọc khoan nhồi, đài thấp
- Kết cấu sàn sườn toàn khối
- Kết cấu công trình là hệ kết cấu khung-vách
- Vật liệu xây có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, khả năng chống cháy tốt
- Vật liệu có tính biến dạng cao: Khả năng biến dạng dẻo cao có thể bổ sung cho tính năng chịu lực thấp
- Vật liệu có tính thoái biến thấp: Có tác dụng tốt khi chịu tác dụng của tải trọng lặp lại (động đất, gió bão)
- Vật liệu có tính liền khối cao: Có tác dụng trong trường hợp tải trọng có tính chất lặp lại không bị tách rời các bộ phận công trình
- Vật liệu có giá thành hợp lý
Nhà cao tầng thường chịu tải trọng lớn, vì vậy việc sử dụng các vật liệu nhẹ sẽ giúp giảm đáng kể tải trọng cho công trình, bao gồm cả tải trọng đứng và tải trọng ngang do lực quán tính.
Trong bối cảnh hiện nay, vật liệu bê tông cốt thép (BTCT) và thép đang trở thành lựa chọn phổ biến của các nhà thiết kế cho các kết cấu nhà cao tầng.
Các tiêu chuẩn dùng trong tính toán
- Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bêtông cốt thép TCVN 356:2005
- Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động TCVN 2737:1995
- Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình TCVN 45:1978
- Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCVN 205:1998
- Tiêu chuẩn thiết kế và thi công nhà cao tầng TCXD 198:1997.
Lựa chọn sơ bộ kích thước các tiết diện
- Chọn chiều dày vách chịu lực là 300 mm,vách lõi thang chọn chiều dày là 300 mm
- Chọn bản sàn bêtông cốt thép toàn khối dày 11 cm
- Chọn cầu thang dạng bản có chiều dày 11 cm
Chiều dày sàn cần được lựa chọn dựa trên các tiêu chí như khả năng chống chọc thủng và đảm bảo sàn có độ cứng tuyệt đối trong mặt phẳng, nhằm tối ưu hóa khả năng truyền tải lực ngang và chuyển vị.
Do đó trong các công trình nhà cao tầng, chiều dày bản sàn có thể tăng đến 50%so với các công trình khác mà sàn chỉ chịu tải đứng.
Lựa chọn phương pháp tính toán
1.11.1 Lựa chọn sơ đồ tính
Trong thời đại hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử đã mang lại những thay đổi quan trọng trong phương pháp tính toán công trình Thay vì tập trung vào các trường hợp riêng lẻ, xu hướng hiện nay là tổng quát hóa, giúp giải quyết khối lượng tính toán số học một cách hiệu quả Các phương pháp mới cho phép sử dụng sơ đồ tính toán sát với thực tế hơn, đồng thời xem xét sự phức tạp của kết cấu và các mối quan hệ không gian Đặc biệt, việc tính toán cho nhà cao tầng nên áp dụng công nghệ mới để sử dụng mô hình không gian, từ đó nâng cao độ chính xác và phản ánh thực tế công trình tốt hơn.
1.11.2 Các giả thuyết dùng trong tính toán nhà cao tầng
Sàn được thiết kế với độ cứng tuyệt đối trong mặt phẳng ngang và liên kết chặt chẽ với các phần tử cột, vách cứng tại cao trình sàn Trong thực tế, sàn không cho phép xảy ra biến dạng cong, đảm bảo tính ổn định và an toàn cho cấu trúc.
Bỏ qua sự ảnh hưởng độ cứng uốn của sàn tầng này đến các sàn tầng kế bên
Mọi thành phần hệ chịu lực trên từng tầng đều có chuyển vị ngang như nhau
Các cột và vách cứng đều được ngàm ở chân cột và chân vách cứng ngay mặt đài móng
Khi tải trọng ngang tác động, lực này sẽ được phân bố trên các sàn tại vị trí tâm cứng của từng tầng Nhờ có sàn, các lực này sẽ được truyền sang sàn và tiếp tục chuyển giao đến các vách của công trình.
Biến dạng dọc trục của sàn, của dầm xem như là không đáng kể
1.11.3 Phương pháp tính toán xác định nội lực
Hiện nay trên thế giới có ba trường phái tính toán hệ chịu lực nhà nhiều tầng thểhiện theo ba mô hình sau:
Mô hình liên tục thuần túy giải quyết phương trình vi phân bậc cao dựa vào lý thuyết vỏ, coi toàn bộ hệ chịu lực là hệ siêu tĩnh Tuy nhiên, mô hình này gặp giới hạn khi không thể giải quyết các hệ có nhiều ẩn.
Mô hình rời rạc, hay còn gọi là phương pháp phần tử hữu hạn, cho phép rời rạc hóa toàn bộ hệ chịu lực của nhà nhiều tầng, thiết lập các điều kiện tương thích về lực và chuyển vị tại các liên kết Sử dụng mô hình này kết hợp với công nghệ máy tính giúp giải quyết hiệu quả tất cả các bài toán kết cấu Hiện nay, có nhiều phần mềm hỗ trợ như ETABS, SAP, và SAFE để giải quyết các vấn đề trong lĩnh vực này.
Mô hình rời rạc - liên tục (Phương pháp siêu khối) xem từng hệ chịu lực là rời rạc, nhưng chúng được liên kết thông qua các liên kết trượt, tạo nên sự phân bố liên tục theo chiều cao Để giải quyết bài toán này, ta chuyển hệ phương trình vi phân thành hệ phương trình tuyến tính bằng phương pháp sai phân, sau đó giải các ma trận để tìm nội lực.
Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH)
Phương pháp phần tử hữu hạn hiện đang được ưa chuộng nhất trong các phương pháp tính toán nhờ vào những ưu điểm vượt trội và sự hỗ trợ mạnh mẽ từ nhiều phần mềm tính toán.
Phương pháp phần tử hữu hạn thay thế vật thể thực bằng một số lượng hữu hạn các phần tử rời rạc có hình dạng đơn giản, kết nối qua các nút Mỗi phần tử giữ tính liên tục trong phạm vi của nó, cho phép nghiên cứu sự phân bố chuyển vị và nội lực dựa trên lý thuyết đàn hồi Các đặc trưng của phần tử được mô tả qua ma trận độ cứng hoặc độ mềm, giúp xây dựng mô hình rời rạc cho cấu trúc Nội lực và chuyển vị do tác động bên ngoài được quy đổi thành ứng lực tại các nút và thể hiện trong ma trận tải trọng nút Các ẩn số cần tìm là chuyển vị hoặc nội lực tại các nút, được xác định trong ma trận tương ứng Các ma trận độ cứng, tải trọng nút và chuyển vị nút liên hệ với nhau thông qua phương trình cân bằng, cho phép xác định trường ứng suất và biến dạng của cấu trúc theo các quy luật cơ học đã nghiên cứu.
Sau đây là thuật toán tổng quát của phương pháp PTHH:
Rời rạc hóa kết cấu thực thành lưới các phần tử được chọn phù hợp với hình dạng hình học và yêu cầu chính xác của bài toán.
Xác định các ma trận cơ bản cho từng phần tử, bao gồm ma trận độ cứng, ma trận tải trọng nút và ma trận chuyển vị nút, theo trục tọa độ riêng của phần tử là bước quan trọng trong phân tích cấu trúc.
Ghép các ma trận cơ bản cùng loại thành ma trận kết cấu theo trục tọa độ chung của cả kết cấu
Dựa vào điều kiện biên và ma trận độ cứng của kết cấu, tiến hành khử dạng suy biến Sau đó, giải hệ phương trình để xác định ma trận chuyển vị của các nút trong kết cấu.
Từ chuyển vị nút tìm được, xác định nội lực cho từng phần tử
Vẽ biểu đồ nội lực cho kết cấu
Thuật toán tổng quát được áp dụng cho nhiều bài toán phân tích kết cấu, bao gồm phân tích tĩnh, phân tích động và tính toán ổn định kết cấu.
1.11.4 Lựa chọn công cụ tính toán
Sử dụng để phân tích nội lực và động lực học cho hệ công trình, bao gồm các dạng và giá trị dao động, nhằm kiểm tra ứng xử của công trình khi chịu tải trọng động đất.
ETABS là phần mềm chuyên dụng cho phân tích và thiết kế kết cấu nhà cao tầng, giúp việc nhập và xử lý số liệu trở nên đơn giản và nhanh chóng hơn so với các phần mềm khác.
Dùng để giải nội lực cho các cấu kiện đơn giản của hệ kết cấu nhằm đơn giản hoá trong quá trình tính toán
Khi sử dụng phần mềm SAP, ETABS, cần lưu ý đến quan niệm từng cấu kiện để đảm bảo chúng hoạt động đúng theo thực tế trong mô hình Đặc biệt, quan niệm khối được áp dụng khi ba phương có kích thước gần như bằng nhau và lớn hơn nhiều so với các phần tử khác.
Nội dung tính toá
Hệ kết cấu nhà cao tầng cần được tính toán cả về tĩnh lực, ổn định và động lực
Các bộ phận kết cấu được tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH 1)
Trong trường hợp đặc biệt do yêu cầu sử dụng thì mới tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH 2)
Trong thiết kế nhà cao tầng, tính ổn định tổng thể của công trình là yếu tố vô cùng quan trọng và cần được tính toán, kiểm tra kỹ lưỡng.
Tải trọng
Kết cấu nhà cao tầng được tính toán với các loại tải trọng chính sau đây:
- Tải trọng thẳng đứng (thường xuyên và tạm thời tác dụng lên sàn)
- Tải trọng gió (gió tĩnh và nếu có cả gió động)
-Ngoài ra khi có yêu cầu kết cấu nhà cao tầng cũng cần phải được tính toán kiểm tra với các trường hợp tải trọng sau:
- Do ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ
- Do ảnh hưởng của từ biến
- Do sinh ra trong quá trình thi công
- Do áp lực của nước ngầm và đất
Khả năng chịu lực của kết cấu cần được kiểm tra theo từng tổ hợp tải trọng, tuân thủ các tiêu chuẩn hiện hành để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong xây dựng.
1 Tính toàn thiết kế sàn tầng điển hình tầng 3
2 Tính toán thiết kế cầu thang bộ tầng 3 lên tầng 4
3 Tính toán thiết kế dầm trực giao
4 Tính toán thiết kế khung trục 3
5 Tính toán thiết kế vách cứng trục 3
6 Tính toán thiết kế móng trục 3
THIẾT KẾ SÀN TẦNG 3
Phân loại ô bản
Sàn liên kết với dầm giữa được xem là ngàm, trong khi sàn không có dầm dưới thì được coi là tự do Nếu sàn liên kết với dầm biên, nó được xem là khớp, nhưng để đảm bảo an toàn, cốt thép ở biên ngàm nên được sử dụng cho cả biên khớp Khi dầm biên có kích thước lớn, có thể xem nó như là ngàm.
1 l l ≥ 2 -Bản chủ yếu làm việc theo phương cạnh bé: Bản loại dầm
1 l l < 2-Bản làm việc theo cả hai phương: Bản kê bốn cạnh
Trong đó: l1-kích thước theo phương cạnh ngắn l2-kích thước theo phương cạnh dài
Căn cứ vào kích thước,cấu tạo,liên kết,tải trọng tác dụng ta chia các loại ô bản sau: Xem phụ lục bảng 2.1: phân chia ô sàn
Sơ đồ phân chia ô sàn tầng điển hình
Xem phụ lục hình 2.1: Phân chia ô sàn tầng điển hình
Cấu tạo
Chọn chiều dày bản sàn theo công thức: hb = 𝐷.𝑙
𝑚 Trong đó : l: là cạnh ngắn của ô bản
D = 0,8 1,4 phụ thuộc vào tải trọng Chọn D = 1 m = 3035 với bản loại dầm m = 4045 với bản kê bốn cạnh
Để đảm bảo tính đồng nhất trong kích thước nhịp các bản, chúng ta nên chọn chiều cao hb của ô lớn nhất cho các ô còn lại, nhằm thuận tiện cho thi công và tính toán Đặc biệt, cần lưu ý rằng chiều cao hb phải lớn hơn 6 cm đối với các công trình dân dụng Đối với các bản loại dầm, chọn m = 30.
30 3,15 = 0,105 m Đối với các bản loại kê 4 cạnh chọn m = 45
Vậy ta chọn thống nhất chiều dày các ô bản là 11 cm
LÁT GACH CERAMIT DAY 10MM VUA BÊ TÔNG LÓT B3.5 DÀY 2MM SÀN BTCT ÐO TAI CHO DÀY 110MM VUA TRÁT TRAN B3.5 DÀY 15MM TRAN THACH CAO
Hình 2.2: các lớp cấu tạo sàn.
Xác định tải trọng
Tĩnh tải sàn a Trọng lượng các lớp sàn
Dựa vào cấu tạo kiến trúc lớp sàn, ta có:g tc = . (kg/cm2): tĩnh tải tiêu chuẩn g tt = gtc.n (kg/cm2): tĩnh tải tính toán
Trong đó (kg/cm3): trọng lượng riêng của vật liệu n: hệ số vượt tải lấy theo TCVN2737-1995
Ta có bảng tính tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán sau:
Xem phụ lục Bảng 2.2: Tĩnh tải ô bản dày 11cm b Trọng lượng tường ngăn và tường bao che trong phạm vi ô sàn
Tường ngăn giữa các khu vực trên mặt bằng có độ dày từ 100-200mm, được xây dựng bằng gạch rỗng với trọng lượng riêng là 1500 kg/cm3 Đối với các ô sàn mà tường được đặt trực tiếp trên sàn mà không có dầm đỡ, tải trọng sẽ được phân bố đều trên sàn Khi tường ngăn nằm trên dầm, trọng lượng của chúng sẽ được chuyển đổi thành tải trọng phân bố truyền vào dầm.
Chiều cao tường được xác định: ht = H-hds
Trong đó: ht: chiều cao tường
H: chiều cao tầng nhà hds: chiều cao dầm hoặc sàn trên tường tương ứng
Công thức qui đổi tải trọng tường trên ô sàn về tải trọng phân bố trên ô sàn : tt s g t −
Trong đó:S(m2): diện tích bao quanh tường
Sc(m2): diện tích cửa nt,nc: hệ số độ tin cậy đối với tường và cửa.(nt=1,1;nc=1,3)
= 0.1(m): chiều dày của mảng tường
= 1500(kG/m 3 ): trọng lượng riêng của tường
= 18(kG/m 2 ): trọng lượng của 1m 2 cửa
Si(m 2 ): diện tích ô sàn đang tính toán
Ta có bảng tính tĩnh tải sàn tầng điển hình:
Xem phụ lục Bảng 2.3: Tĩnh tải các ô sàn tầng điển hình
Hoạt tải tiêu chuẩn p tc (kg/cm 2 ) lấy theo TCVN 2737-1995
Công trình được phân chia thành nhiều loại phòng với các chức năng khác nhau Dựa vào từng loại phòng, chúng ta xác định hoạt tải tiêu chuẩn và nhân với hệ số vượt tải n để tính toán hoạt tải ptt (kg/cm2).
Tại các ô sàn có nhiều loại hoạt tải tác dụng, ta chọn giá trị lớn nhất trong các hoạt tải để tính toán
Ta có bảng tính hoạt tải sàn tầng điển hình:
Xem phụ lục Bảng 2.4: Hoạt tải các ô sàn tầng điển hình
Vật liệu
- Bêtông B25 có: Rb = 14,5(MPa) = 145(kg/cm 2 )
- Cốt thép 8: dùng thép CI có: RS = RSC = 225(MPa) = 2250(kg/cm 2 )
- Cốt thép > 8: dùng thép CII có: RS = RSC = 280(MPa) = 2800(kg/cm 2 ).
Xác định nội lực: ta tách thành các ô bản đơn để tính nội lực
Nội lực trong sàn bản dầm: (S13, S14,S15, S16,S17)
Cắt dải bản rộng 1m theo phương cạnh ngắn và xem như một dầm
Tải trọng phân bố đều tác dụng lên dầm q = (g+p).1m (kG/m)
Tuỳ thuộc vào liên kết cạnh bản mà các sơ đồ tính đối với dầm
Hình 2.3: Sơ đồ tính ô bản loại sàn Nội lực trong bản kê 4 cạnh: (các ô bản còn lại)
Sơ đồ nội lực tổng quát:
Hình 2.4: sơ đồ nội lực ô bản loại sàn
+Moment dương lớn nhất ở giữa bản: M1= mi1.(g+p).l1.l2 (Kg.m/m)
+Moment âm lớn nhất ở trên gối: MI= ki1.(g+p).l1.l2 (Kg.m/m).(hoặc M’I)
MII= ki2.(g+p).l1.l2 (Kg.m/m) (hoặc M’II)
Trong đó: i-chỉ số sơ đồ sàn mi1; mi2; ki1; ki2: hệ số tra sổ tay kết cấu phụ thuộc i và l1/l2.
Tính toán cốt thép
Tính thép bản như cấu kiện chịu uốn có bề rộng b = 1m; chiều cao h = hb
Trong đó: ho = h-a a: khoảng cách từ mép bê tông đến chiều cao làm việc, chọn lớp dưới a,m
M- moment tại vị trí tính thép
- Nếu m R : tăng kích thước hoặc tăng cấp độ bền của bêtông để đảm bảo điều kiện hạn chế m R
Diện tích cốt thép yêu cầu trong phạm vi bề rộng bản b = 1m: 2
Chọn đường kính cốt thép, khoảng cách a giữa các thanh thép:
Bố trí cốt thép thõa a BT a TT , tính lại diện tích cốt thép: 100 2
Kiểm tra hàm lượng cốt thép: S
nằm trong khoảng 0,3%÷0,9% là hợp lý
Nếu àmin = 0,1% Chọn cốt thép Ф8 có as =0,5 (cm 2 )
Khoảng cách s giữa các thanh thép
Diện tích cốt thép bố trí: A BT = s 100 bt a s =
2.8.1.4 Cốt thép chịu mômen âm theo phương cạnh ngắn
Thỏa mãn điều kiện hạn chế
Diện tích cốt thép yêu cầu: As tt = 1
Kiểm tra hàm lượng à% 100 0 tt
Chọn cốt thép Ф8 có as =0,5 (cm 2 )
Khoảng cách s giữa các thanh thép
Diện tích cốt thép bố trí: A BT = s 100 bt a s =
2.8.1.5 Cốt thép chịu mômen âm,dương theo phương cạnh dài
Kích thước ô sàn là 4,5x4,5 là hình vuông do đó tính toán cốt thép của 2 cạnh là như nhau nên ta bố trí thép tương tự phương cạnh ngắn
* Các ô sàn khác tính tương tự.
Tính toán bản loại dầm (S13)
Xét tỉ số l2/l1=9/3,15= 2.86 2 Tính toán theo ô bản loại dầm
Momen ở giữa nhịp: Mnh = ql 2 /24 = (p+g)l1 2/24 = (4325+3600).3,15 2 /24 = 3276,5 N.m Momen tại gối: Mg = -ql 2 /12 = (p+g)l1 2/24 = (4325 + 3600).3,15 2 /12 = -6553 N.m
- Cốt thép chịu momen dương theo phương cạnh ngắn(lấy a=2 cm ho1=9 cm) αm: 1 2
Kiểm tra hàm lượng:à% = s 100 tt s a
- Cốt thép mũ chịu momen âm (lấy a = 2 cm ho1 = 11-2= 9 cm)
mm 2 =3,36 cm 2 Kiểm tra hàm lượng cốt thép: min 0
Tại vị trí biên, cốt thép cần được bố trí theo cấu tạo, đảm bảo yêu cầu tối thiểu là 5Ф6 trên mỗi mét dài và ít nhất 1/3 diện tích cốt thép chịu lực phải nằm ở giữa nhịp.
Cụ thể ta bố trí cốt thép cấu tạo Ф6a200
+Cốt thép phân bố: Cốt phân bố đặt thẳng góc với cốt chịu lực có nhiệm vụ:
- Giữ vị trí của cốt chịu lực khi đổ bê tông
- Phân phối ảnh hưởng của lực tập trung cho các cốt chịu lực lân cận
Chịu ứng suất do co ngót và nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong thiết kế kết cấu Đường kính cốt thép phân bố từ 4 đến 8 mm, với số lượng tối thiểu là 20% số lượng cốt chịu lực tại tiết diện có momen lớn nhất khi ô bản có kích thước 2𝑙1 ≤ 𝑙2 ≤ 3𝑙1 Đối với ô bản có kích thước 𝑙2 ≥ 3𝑙1, số lượng cốt thép cần đạt ít nhất 15% Khoảng cách giữa các cốt thép phân bố nên được thiết kế để thỏa mãn điều kiện 200 mm ≤ s ≤ 300 mm.
Bố trí cốt thép
- Cốt thép tính ra được bố trí đảm bảo theo các yêu cầu qui định
- Cốt thép lớp trên ở nhịp được bố trí theo cấu tạo
Việc bố trí cốt thép xem bản vẽ KC
Kết quả tính toán cho trong bản sau:
Xem phụ lục bảng 2.5: Tính thép ô bản kê bốn cạnh
Xem phụ lục bảng 2.6: Tính thép ô bản loại dầm
TÍNH TOÁN CẦU THANG BỘ
Chọn vật liệu
- Bêtông B25 có: Rb = 14,5(MPa) = 145(kg/cm 2 )
- Cốt thĩp 8: dùng thép CI có: RS = RSC = 225(MPa) = 2250(kg/cm 2 )
- Cốt thĩp > 8: dùng thép CII có : RS = RSC = 280(MPa) = 2800(kg/cm 2 )
* Câc số liệu lấy theo tiêu chuẩn Bê cốt thép TCVN 5574-2012
Chọn kích thước dầm chiếu tới là 200x300mm và dầm chiếu nghỉ là 200x400mm; các bản dày 11 cm.
Cấu tạo cầu thang
Hình 3.1: sơ đồ cầu thang
Tính bản thang
3.3.1 Tải trọng tác dụng lên bản thang
Tải trọng tác dụng của bậc thang bao gồm trọng lượng của bậc thang, bản thang và hoạt tải sử dụng Để thiết kế, chúng ta chọn bề dày bản thang là 11 cm, chiều cao bậc thang là h cm và chiều rộng là 30 cm.
Dựa vào cấu tạo cầu thang:
Hình 3.2: cấu tạo cầu thang 3.3.1.1.1 Bản thang
Tĩnh tải tác dụng vào cầu thang bao gồm:
- Trọng lượng lớp vữa lót: g2 2
- Trọng lượng bậc xây gạch: g3 2
- Trọng lượng bản thang: g4=n. bt d (kG/m 2 )
- Trọng lượng lớp trát mặt dưới: g4=n. v (kG/m 2 )
Với: n: hệ số vượt tải, tra theo TCVN 2737-1995
c , v , bt , g : trọng lượng riêng của lớp gạch ceramic, vữa, gạch, bêtông
c , v , d : chiều dày lớp gạch Ceramic, lớp trát, đan bêtông h,b: chiều cao và chiều rộng bậc thang
Tĩnh tải tác dụng vào chiếu nghỉ bao gồm:
- Trọng lượng lớp Ceramic: g1= n. c c (kG/m 2 )
- Trọng lượng lớp vữa lót: g2= n. v v (kG/m 2 )
→ Tổng tĩnh tải phân bố trên mặt cầu thang : g = g1 + g2 + g3 + g4
Kết quả tính toán tĩnh tải xem phụ lục bảng 3.1: tĩnh tải cầu thang.
- LỚ P VỮ A XI MĂ NG LÓ T
- LỚ P VỮ A XI MĂ NG TRÁ T
- BẢ MASTIC SƠN NƯỚ C MÀ U TRẮ NG
→ Tổng tải trọng theo phương thẳng đứng phân bố trên 1 m 2 bản
Chiều dài bản thang l2= 1,8 2 +3,6 2 = 4,02m cos α = 3, 6
Bản thang 1 (BT1) chỉ kê lên dầm chiếu tới và chiếu nghỉ, vì vậy ta cần cắt một dải rộng 1m để thực hiện tính toán Sơ đồ tính toán sẽ là dầm hai nhịp với một đầu ngàm và một đầu khớp.
Biểu đồ Momen Biểu đồ Lực cắt
Hình 3.3: Sơ đồ tính bản thang BT1 Để an toàn ta chọn momen âm và momen dương lớn nhất để tính thép
Bản thang 2 (BT2) chỉ bao gồm dầm chiếu tới và chiếu nghỉ, do đó chúng ta cần cắt một dải rộng 1m để thực hiện tính toán Sơ đồ tính toán được thiết lập cho dầm hai nhịp với hai đầu ngàm.
Biểu đồ Momen Biểu đồ Lực cắt
Hnh 3.4: Sơ đồ tính bản thang BT2 Để an toàn ta chọn momen âm và momen dương lớn nhất trên để tính thép
3.3.3 Tính thép cho bản thang
Bản thang BT1 và BT2 có sơ đồ tính tương tự, dẫn đến nội lực bằng nhau, vì vậy chỉ cần tính toán một bản và áp dụng cho bản còn lại.
Giả thiết lớp bảo vệ a0 = 1,5 cm => ho = 10 – 1,5 = 8,5 (cm)
*Thép chịu mômen dương αm = max
Hàm lượng cốt thộp : à% 10 0 tt
4, 4 10 = 179,5 mm →Chọn sbt = 170 (mm) Vậy bố trí 8a170
*Thép chịu mmen âm: αm = max 2
Tính toán dầm chiếu tới
Kích thước (bxh) = 200 x 300 mm, Chiều dài tính toán l = 2,9m
3.4.1 Tải trọng tác dụng lên dầm
+ Tải trọng phân bố do bản thân dầm: gd = n.γ.b.(h-hb) = 1,1 25000.0,2 (0,3-0,1) = 1100 (N/m)
+ Tải trọng lớp vữa trát dầm: gvt= n.γ.δ.2(h-hb)= 1,3.18.10 3 0,015.2.(0,3-0,1) = 140,4(N/m)
+ Tải trọng do bản thang truyền vào: q3 = 0,5.qbt.l = 0,5.(8420.4,02+7560.1,4) = 22216,2 (N/m)
+ Tải trọng do ô sàn 12 truyền vào: (dạng hình thang quy về dạng phân bố đều) q4 = 0,5.qct.l1 = 0,5.(8680+2980).4,15 = 24194,5(N/m)
Biểu đồ momen Biểu đồ lực cắt
Hình 3.5:Sơ đồ tính và nội lực dầm chiếu tới
+ Cốt thép dọc chịu momen dương: M = 28,34 kN.m
-Chiều cao làm việc của dầm là: h0 = h - a = 30 – 3 = 27 (cm) αm = 𝑀
+ Cốt thép dọc chịu momen âm: M = 48,56 kN.m
-Chiều cao làm việc của dầm là: h0 = h - a = 30 – 3 = 27 (cm) αm = 𝑀
* Kiểm tra điều kiện tính toán cốt đai:
Nếu Q max Q b min = b 3 (1+ f + n ).R b h bt o =0,6.(1+ f + n ).R b h bt o thì không cần tính toán cốt đai mà đặt theo cấu tạo
Trong đó: + b 2, b 3: Hệ số kể đến ảnh hưởng của loại bê tông
b =0,6: Đối với bê tông nặng và bê tông tổ ong
b =0,5: Đối với bê tông hạt nhỏ
f : hệ số kể đến ảnh hưởng cánh tiết diện chữ T hoặc chữ I khi cánh nằm trong vùng nén Đối với tiết diện hình chữ nhật f =0
n : hệ số kể đến ảnh hưởng của lực dọc trục
Trong trường hợp này dầm không có lực dọc trục nên
=> QMax 840 (N) > Qbmin 88800 (N) không Cần tính cốt đai
Chọn bước cốt đai ỉ6 a150 đoạn ẳ nhịp dầm và ỉ6 a 200 cho đoạn giữa dầm.
Tính toán dầm chiếu nghỉ
Kích thước (bxh) = 200 x 400 mm, Chiều dài tính toán l = 2,9m
3.5.1 Tải trọng tác dụng lên dầm
+ Tải trọng phân bố do bản thân dầm: gd = n.γ.b.(h-hb) = 1,1 25000.0,2 (0,4-0,1) = 1650 (N/m)
+ Tải trọng do lớp vữa trát dầm: gvt = n.γ.δ.2(h-hb)= 1,3.18000.0,015.2.(0,4-0,1) = 210,6(N/m)
+ Tải trọng do bản thang truyền vào: q3 = 0,5.qbt.l = 0,5.(8420.4,02+7560.1,4) = 22216,2 (N/m)
Dầm chiếu nghỉ được thiết kế với một đầu ngàm vào vách cứng, trong khi toàn bộ dầm được kê lên tường chịu lực Để đảm bảo an toàn, ta coi dầm chiếu nghỉ như một công xôn ngàm vào vách cứng.
Biểu đồ Momen Biểu đồ Lực cắt
Hình 3.6: sơ đồ tính và nội lực dầm chiếu nghỉ D2
+ Cốt thép dọc chịu momen âm: αm = 𝑀
+ Cốt thép dọc chịu momen dương: Để an toàn ta lấy thép chịu momen dương bằng 40% thép chịu momen âm:
+ Tính cốt đai: Qmax = 75,63(kN)
* Kiểm tra điều kiện tính toán cốt đai:
Nếu Q max Q b min = b 3 (1+ f + n ).R b h bt o =0,6.(1+ f + n ).R b h bt o thì không cần tính toán cốt đai mà đặt theo cấu tạo
Trong đó: + b 2, b 3: Hệ số kể đến ảnh hưởng của loại bê tông
b =0,6: Đối với bê tông nặng và bê tông tổ ong
+ b 2 =1,7; b 3 =0,5: Đối với bê tông hạt nhỏ
f : hệ số kể đến ảnh hưởng cánh tiết diện chữ T hoặc chữ I khi cánh nằm trong vùng nén Đối với tiết diện hình chữ nhật f =0
n : hệ số kể đến ảnh hưởng của lực dọc trục
Trong trường hợp này dầm không có lực dọc trục nên n =0
=> QMax = 75630 (N) < Qbmin S2800 (N) Không cần tính lại cốt đai, bản thân bê tông đã đảm bảo chịu lực cắt
* Chọn cốt đai theo điều kiện cấu tạo:
+ Đoạn gần gối tựa (1/4): Khi h ≤ 450 thì sct = min (h/2, 150)
+ Đoạn giữa nhịp (1/2) : Khi h > 300 thì sct = min (3h/4, 500)
Dựa vào các điều kiện đã nêu, ta tiến hành chọn sơ bộ bước đai: Đối với đoạn gần gối tựa (1/4), lựa chọn cốt đai có đường kính 6 hai nhánh, Sct0; còn ở đoạn giữa nhịp (1/2), cốt đai cũng được chọn là 6 hai nhánh Sct0.
TÍNH TOÁN DẦM TRỰC GIAO
Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm trực giao
Chọn dầm D1 là dầm chính và dầm D2 là dầm phụ (như hình dưới)
Hình 4.1: sơ đồ dầm trự giao
Xác định tải trọng
Chọn kích thước dầm: 250x450(mm), Chiều dài dầm: l = 9m
4.2.2 Tải trọng tác dụng lên dầm D 2
Để tính toán tải trọng do bản sàn truyền vào dầm một cách đơn giản và an toàn, ta cần chọn tĩnh tải và hoạt tải lớn nhất trong các ô bản có dầm trực giao.
g = 7,65 kN/m 2 , p = 2,4 kN/m 2 , qs = gs + ps = 7,65 + 2,4 = 10,05 kN/ m 2
+ Tải phân bố do bản thân dầm: gd = n.γ.b.(h-hb) =1,1 25.0,25 (0,45-0,11)= 1,595 kN/m
Do tính nội lực từ tải tam giác phức tạp, tải trọng hình tam giác được chuyển sang tải trọng phân bố đều tương đương Trên một nhịp dầm có hai tam giác giống nhau, tải phân bố đều tương đương được xác định theo biểu thức: qtd2 = 0,5ql2 = 0,5.10,05.4,5 = 22,6 kN/m² Do đó, tải phân bố đều tác dụng lên dầm D1 là: q1 = qtđ2 + gd2 = 22,6 + 1,595 = 24,195 kN/m².
Chọn kích thước dầm: 250x450(mm), Chiều dài dầm: l = 9m
4.2.4 Tải trọng tác dụng lên dầm D1
Tải trọng từ bản sàn truyền vào dầm cần được xác định một cách đơn giản và an toàn Để tính toán, ta chọn tĩnh tải và hoạt tải lớn nhất trong các ô bản có dầm trực giao.
+ Tảiphân bố do bản thân dầm: gd = n.γ.b.(h-hb) = 1,1 25.0,25 (0,45-0,11) =1,595 kN/m
Do tính nội lực từ tải tam giác phức tạp, ta chuyển tải trọng hình tam giác sang tải trọng phân bố đều tương đương Trên một nhịp dầm có hai tam giác giống nhau, tải phân bố đều được xác định theo biểu thức: qtd1 = 0,5ql1 = 0,5.10,05.4,5 = 22,6 kN/m² Tải phân bố đều tác dụng lên dầm D1 là: q1 tđ1 + gd1 = 45,2 + 1,595 = 24,195 kN/m².
Sơ đồ tính
Khi xem xét dầm trực giao liên kết, nếu dầm liên kết với dầm biên thì được coi là khớp, trong khi liên kết với dầm giữa thì được xem là ngàm Hệ sàn này có hai dạng sơ đồ tính khác nhau.
-Dạng 1: ô sàn có dầm trực giao liên kết với 4 dầm giữa nên sơ đồ tính là 4 ngàm
-Dạng 2 là ô sàn có dầm trực giao liên kết với 3 dầm giữa và 1 dầm biên nên có sơ đồ tính là 3 ngàm, 1 khớp
Ta tính toán cả hai sơ đồ và lấy kết quả nguy hiểm hơn để bố trí cho trường hợp còn lại
Trường hợp 1: 4 liên kết ngàm Trường hợp 2: 3 ngàm, 1 khớp
Hình 4.2: Sơ đồ tính dầm trực giao
Tính nội l
Dùng phần mềm tính kết câu Sap2000v14 để xác định nội lực.Kết quả xem trên biểu đồ momen và lực cắt
Biểu đồ momen Biểu đồ lực cắt
Biểu đồ momen Biểu đồ lực cắt
Hình 4.3: Biểu đồ nội lực dầm trực giao
Tính toán cốt thép
- Chiều cao làm việc của dầm là: h0 = h - a = 45 – 3 = 42 (cm)
-Tính thép chịu momen âm: M = 182,3 kNm αm = 𝑀
+ Cốt thép dọc chịu momen dương: : M = 91,15 kNm αm = 𝑀
Thực hiện các bước tính toán kiểm tra tương tự dầm chiếu nghỉ ta có kết quả sau:
=> QMax 1530 (N) < Qbmin 88800 (N) Không cần tính lại cốt đai
-Chiều cao làm việc của dầm là: h0 = h - a = 45 – 3 = 42 (cm)
Thực hiện các bước tính toán tương tự sơ đồ 1 ta có kết quả như sau:
-Tính thép chịu momen âm: M = 244.53 kNm => As tt = 24,07 (cm 2 )
Kiểm tra : à% = 2,2 9% > àmin = 0,1% => Chọn 5Φ25 cú As= 24.55( cm 2 )
- Tính thép dọc chịu momen dương: : M = 137,78 kNm => As tt = 3,3 (cm 2 )
Kiểm tra : à% = 1,26% > àmin = 0,1% => Chọn 3Φ25 cú As= 14,73( cm 2 )
Qmax = 136,05 (kN) , Thực hiện tương tự sơ đồ 1 ta có:
=> QMax 6050 (N) < Qbmin 88800 (N) Không cần tính lại cốt đai
* Chọn cốt đai theo điều kiện cấu tạo:
+ Đoạn gần gối tựa (1/4): Khi h ≤ 450 thì sct = min (h/2, 150)
+ Đoạn giữa nhịp (1/2) : Khi h > 300 thì sct = min (3h/4, 500)
Dựa vào các điều kiện đã nêu, chúng ta tiến hành lựa chọn sơ bộ bước đai: ở đoạn gần gối tựa (1/4), chọn cốt đai với đường kính 6 hai nhánh, Sct0; trong khi đó, ở đoạn giữa nhịp (1/2), cũng chọn cốt đai với đường kính 6 hai nhánh, Sct0.
Như vậy để an toàn ta chọn thép chịu momen âm là 5Φ25 và thép chịu momen dương là 3Φ25, cốt đai bố trớ tại ẳ dầm là Φ6a150, giữa dầm là Φ6 a200
Bố trí cốt thép
Xem bản vẽ kết cấu.
TÍNH TOÁN KHUNG TRỤC 3
Số liệu thiết kế
- Bê tông cấp độ bền B25 : Rb= 14.5103 (kN/m2) ; Rbt= 1.05103 (kN/m2)
- Cốt thép : Φ≤ 8 dùng thép AI: Rs= Rsc= 225103 (kN/m2) ; Rsw= 175103 (kN/m2) Φ≥ 10 dùng thép AII có: Rs= Rsc= 280103 (kN/m2); Rsw= 225103 (kN/m2)
* Các số liệu lấy theo tiêu chuẩn Bê tông cốt thép TCVN 5574-2012.
Lựa chọn hệ kết cấu chịu lực và phương pháp tính toán
5.2.1 Lựa chọn hệ kết cấu chịu lực
Dựa vào ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các loại kết cấu chịu lực như khung, vách, khung_vách, lõi, khung_lõi và hộp, cùng với đặc điểm công trình 14 tầng nổi và 1 tầng hầm (dưới 20 tầng) với chiều cao 50,4 m, chúng ta quyết định chọn hệ kết cấu khung chịu lực Lựa chọn này nhằm tạo ra không gian lớn, linh hoạt, phù hợp với các công trình công cộng và có sơ đồ làm việc rõ ràng.
5.2.2 Phương pháp tính toán hệ kết cấu
5.2.2.1 Tải trọng a.Tải trọng thẳng đứng
- Trọng lượng bản thân kết cấu và các loại hoạt tải tác dụng lên sàn, lên mái
Tải trọng tác dụng lên sàn, bao gồm tải trọng từ các tường ngăn dày 100mm, thiết bị, tường nhà vệ sinh và thiết bị vệ sinh, cần được qui về tải trọng phân bố đều trên diện tích ô sàn.
- Tải trọng tác dụng lên dầm do sàn truyền vào, do tường trên dầm( dày 100, 200): phân bố đều trên dầm b.Tải trọng ngang
- Tải trọng gió được tính theo Tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737-1995
- Do chiều cao công trình tính từ mặt móng đến mái là 50,4 m>40m nên căn cứ vào Tiêu chuẩn ta cần phải tính thành phần động của tải trọng gió
5.2.2.2 Nội lực và chuyển vị Để xác định nội lực và chuyển vị, sử dụng phần mềm tính kết cấu Etabs Đây là một phần mềm tính kết cấu khá mạnh hiện nay và được ứng dụng khá rộng rãi trong việc tính toán kết cấu công trình
Lấy kết quả nội lực và chuyển vị ứng với từng phương án tải trọng
5.2.2.3 Tổ hợp và tính cốt thép (Theo TCVN)
Sử dụng Microsoft Excel để lập bảng mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng tính toán đơn giản, ngắn gọn và dễ dàng sử dụng Chương trình này không chỉ thuận tiện mà còn giúp kiểm tra độ chính xác của kết quả tính toán một cách hiệu quả.
Tính toán khung trục 3
Sơ đồ khung trục 3 xem phụ lục hình 5.1: Sơ đồ khung trục 3
5.3.1 Xác định sơ bộ kích thước cấu kiện
Mặt bằng sàn các tầng thể hiện trong phụ lục hình 5.2 đến 5.4
5.3.1.1 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột
Tiết diện cột được chọn sơ bộ theo công thức: A0 = t b k N R
+ Rb: cường độ chịu nén của bêtông.Với bêtông có cấp độ bền chịu nén là B25 thì
Hệ số kt được xác định trong khoảng 1,2 đến 1,5, phụ thuộc vào các yếu tố như mômen uốn, hàm lượng cốt thép và độ mảnh của cột Khi mômen uốn lớn và độ mảnh của cột cao, giá trị kt sẽ dao động từ 1,3 đến 1,5 Ngược lại, nếu mômen uốn nhỏ, giá trị kt sẽ được lấy là 1,2.
+ N: lực nén được tính toán gần đúng như sau: N = q FS.ms
+ FS: diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét
+ ms: Số sàn phía trên tiết diện đang xét kể cả tầng mái
+ q : tải trọng tương đương tính trên 1 m2 mặt sàn Giá trị q được lấy theo kinh nghiệm thiết kế từ 1÷1,2 (T/m2) Trong đồ án lấy q = 1 (T/m2) cho toàn công trình
Bảng tổ hớp tiết diện cột: xem phụ lục Bảng 5.1: Tổ hợp tiết diện cột
5.3.1.2 Chọn sơ bộ tiết diện dầm
Chọn kích thước dầm căn cứ vào nhịp dầm, Chiều cao tiết diện dầm: h 1 L
Trong đó : L: nhịp dầm, m = 1/81/12, Chiều rộng b = (0,30,5)h
Chọn sơ bộ kích thước các dầm khung là 300x600mm Các dầm bo là 300x500mm
Tải trọng tác dụng lên công trình bao gồm các loại sau:
+ Tải trọng tác dụng lên sàn:
Hoạt tải sử dụng trên sàn
+ Tải trọng tác dụng lên dầm:
Tĩnh tải sàn được truyền vào dầm bao gồm trọng lượng bản thân dầm và lớp trát, cùng với trọng lượng tường cửa trên dầm và trọng lượng bản thân cột Ngoài ra, cần tính toán hoạt tải sử dụng sàn truyền vào dầm để đảm bảo kết cấu an toàn và hiệu quả.
- GTX( gió tĩnh theo chiều dương trục X )
- GTXX( gió tĩnh theo hướng ngược chiều phương trục X)
- GTY( gió tĩnh theo chiều dương trục Y)
- GTYY(gió tĩnh theo hướng ngược chiều phương trục Y)
- GDX1( gió động theo chiều dương trục X mode 1 )
- GDXX1( gió động theo hướng ngược chiều phương trục X mode 1)
- GDY1( gió động theo chiều dương trục Y mode 1)
- GDYY1(gió động theo hướng ngược chiều phương trục Y mode 1)
5.3.2.1 Tải trọng thẳng đứng a.Tải trọng phân bố tác dụng lên các ô sàn
- Trọng lượng các lớp sàn
Cấu tạo các lớp sàn: cấu tạo sàn thường thể hiện trong chương tính sàn điển hình, sàn mái và sàn tầng hầm có kết quả tính tương tự
- Trọng lượng tường ngăn và tường bao che trong phạm vi ô sàn
Tường ngăn giữa các khu vực có độ dày 100mm, được xây bằng gạch rỗng với trọng lượng cụ thể là 1,80 kN/m2 cho tường 100mm và 3,30 kN/m2 cho tường 200mm Đối với các ô sàn có tường đặt trực tiếp mà không có dầm đỡ, tải trọng sẽ được phân bố đều trên sàn Trọng lượng của tường ngăn trên dầm sẽ được chuyển đổi thành tải trọng phân bố truyền vào dầm.
Chiều cao tường được xác định: ht = H-hds
Trong đó: ht: chiều cao tường, H: chiều cao tầng nhà hds: chiều cao dầm hoặc sàn trên tường tương ứng
Công thức qui đổi tải trọng tường trên ô sàn về tải trọng phân bố trên ô sàn : tt g tc
Trong đó: St(m 2 ): diện tích bao quanh tường
Diện tích ô sàn đang tính toán được ký hiệu là Si(m²) Hệ số độ tin cậy cho tường và cửa lần lượt là nt = 1,1 và nc = 1,3 Trọng lượng 1 m² của tường 100 là gtc t = 1,80 kN/m², trong khi trọng lượng 1 m² của tường 200 là gtc t = 3,30 kN/m² Đối với cửa, trọng lượng 1 m² được xác định là gtc c = 0,15 kN/m².
St= lxh (m 2 ): diện tích tường
Kết quả tính toán xem phụ lục bảng 5.2: Tĩnh tải ô sàn
-Hoạt tải tiêu chuẩn p tc (kN/m 2 ) lấy theo TCVN 2737-1995
Công trình được phân chia thành nhiều loại phòng với các chức năng khác nhau Dựa vào từng loại phòng, chúng ta xác định hoạt tải tiêu chuẩn và nhân với hệ số vượt tải n, từ đó tính toán được hoạt tải p tt (kN/m²).
-Tại các ô sàn có nhiều loại hoạt tải tác dụng, ta chọn giá trị lớn nhất để tính toán Hoạt tải tiêu chuẩn các phòng :
Bảng 5.3: hoạt tải tiêu chuẩn của các phòng
Kết quả hoạt tải sàn xem phụ lục bảng 5.4: Hoạt tải sàn b.Tải trọng tác dụng lên dầm
Trọng lượng bản thân của dầm
Trọng lượng bản thân của dầm ta sử dụng chương trình ETABS nên máy sẽ tự tính
Kích thước dầm Tiết diện γ n gtrat b h
Bảng 5.5: Trọng lượng bản thân dầm
Tải trọng truyền từ tường vào dầm
Tường ngăn xây bằng gạch rỗng có g = 15 (kN/m3), mỗi bức tường cộng thêm 2 cm vữa trát (2 bên) : có vt kN/m3
Chiều cao tường được xác định: ht = H-hd
Trong đó: ht: chiều cao tường, H: chiều cao tầng nhà, hd: chiều cao dầm trên tường
Trọng lượng của tường ngăn trên dầm được chuyển đổi thành tải trọng phân bố tác động lên dầm Công thức chuyển đổi này giúp xác định tải trọng phân bố từ tường lên dầm một cách chính xác.
Trong đó:St(m 2 ): diện tích tường
Diện tích vữa trát (Svt) được tính bằng công thức Svt = (St – Sc - Sk), trong đó St là diện tích tường, Sc là diện tích cửa, và Sk là diện tích khác Hệ số độ tin cậy cho tường (nt) là 1,1, trong khi hệ số cho cửa và vữa trát (nc và nvt) đều là 1,3 Chiều dày của tường (γt) và bề dày lớp vữa trát (δvt) đều được xác định là 15mm Để tính toán an toàn, chỉ cần xem xét diện tích tường và coi phần diện tích cửa là tường để tính tải trọng Trọng lượng riêng của tường là 15 kN/m3 (γt), trong khi trọng lượng của 1m2 cửa kính là 0,15 kN/m2 (γc) Chiều dài dầm được ký hiệu là ld.
Với dầm có vách ngăn là kính bên trên: g tt = k k k d n S l
Đối với tường có lỗ cửa, toàn bộ tải của tường được truyền lên dầm theo công thức đã nêu Trong trường hợp tường đặc, một phần tải sẽ được phân bố đều lên dầm, trong khi phần còn lại sẽ chuyển thành lực tập trung tác dụng lên cột Do đó, chúng ta quy đổi toàn bộ tải về dạng phân bố đều trên dầm.
Kết quả tính toán xem phụ lục bảng 5.6: Tải trọng tường phân bố trên dầm
5.3.2.2 Tải trọng ngang a.Tải trọng gió tĩnh
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió có độ cao z so với mốc chuẩn xác định theo công thức: W tc = W0.k.c (kN/m 2 )
+ Wo: giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng Công trình xây dựng trên TP.Hồ Chí Minh, thuộc vùng II.B có Wo= 0,95 (kN/m 2 )
+ c: hệ số khí động, xác định bằng cách tra bảng 6
Phía đón gió : C = +0,8, Phía khuất gió: C = -0,6
+ k: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao
+ n: hệ số độ tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1,2
Quan điểm về việc truyền tải trọng gió tĩnh cho thấy rằng tải trọng gió phân bố trên bề mặt tường xây sẽ được chuyển đổi thành lực phân bố đều, từ đó truyền vào dầm biên tại mức sàn của các tầng.
Phía gió đẩy: W gi đ =nW đ H(kN/m)
, Phía gió hút: W gi h =nW h H(kN/m) Với H =0,5.(ht + hd) (m): chiều cao đón gió của tầng đang xét:
Kết quả tính toán xem phụ lục bảng 5.7: Tải trọng gió theo phương X và bảng 5.8: Tải trọng gió theo phương Y b.Tải trọng gió động
Lý thuyết tính toán và các mode dao động
Công trình có độ cao trên 40m nên cần tính toán thành phần của tải trọng gió
Thiết lập sơ đồ tính toán động lực:
Sơ đồ tính toán là một thanh console với 14 điểm tập trung khối lượng, được bố trí tương ứng với cao trình trọng tâm của các kết cấu truyền tải trọng ngang trong công trình, cụ thể là sàn các tầng.
+ Giá trị khối lượng tập trung ở các mức trong sơ đồ tính toán bằng tổng khối lượng của các kết cấu chịu lực, kết cấu bao che, trang trí…
Để xác định giá trị tiêu chuẩn của thành phần tĩnh của tải trọng gió tác động lên các phần của công trình, cần thực hiện tính toán theo sơ đồ khung trục 3, như đã trình bày trong phần gió tĩnh.
Xác định giá trị tiêu chuẩn và giá trị tính toán của thành phần động của tải trọng gió lên các phần tính toán của công trình
*Xác định khối lượng tầng:
- Lập mô hình kết cấu trong Etabs v9.7.4
- Gán đầy đủ các đặc trưng hình học (đặc trưng vật liệu, tiết diện sơ bộ…) lên mô hình
- Tiến hành chất tải lên mô hình, gồm tĩnh tải (TT) và hoạt tải (HT)
- Gán điều kiện biên cho kết cấu, chia phần tử tường cứng, chia phần tử sàn, khai báo sàn tuyệt đối cứng, khai báo bậc tự do cho phép…
Trong phần mềm ETABS, khối lượng tại mỗi tầng có thể được xác định dựa trên tải trọng tác động lên công trình hoặc từ khối lượng riêng của từng cấu kiện cùng với khối lượng được chỉ định Phương pháp tính khối lượng dựa vào tải trọng được áp dụng theo công thức: KL = TT + 0,5 HT.
Trong đó: TT: là tĩnh tải của bản thân công trình
HT là trường hợp hoạt tải chất toàn bộ trên tất cả các cấu kiện của công trình Hệ số chiết giảm khối lượng cho trường hợp này là 0,5 Khối lượng tập trung tại các mức sàn được tính bằng tổng khối lượng của các kết cấu chịu lực, kết cấu bao che, trang trí, thiết bị cố định, vật liệu chứa và các vật liệu khác, được biểu diễn bằng công thức M j = ∑ M ij.
Trong đó: Mj- khối lượng tập trung ở mức sàn thứ j
Mij- khối lượng tập trung tại nút thứ i trong tầng thứ j
Sau khi chạy phần mềm ETABS v9.7.4, kết quả mô hình đã được thu được (xem phụ lục hình 5.6) Đối với các công trình nhạy cảm với tải trọng gió, thành phần động của tải trọng này có thể chỉ cần xem xét tác động từ xung lực của vận tốc gió hoặc cả lực quán tính của công trình Mức độ nhạy cảm của công trình được đánh giá dựa trên tương quan giữa các giá trị tần số dao động riêng cơ bản, đặc biệt là tần số dao động y y m j n m.
Công trình xây dựng tại TP Hồ Chí Minh thuộc vùng áp lực gió IIB, với tần số f L được xác định là 1,3 theo bảng tra, khi có độ giảm loga = 0,3.
(hình ảnh dạng dao động thứ nhất theo phương Y thể hiện ở phụ lục hình 5.7)
Chu kì và tần số của 4 dạng dao động đầu
Bảng 5.9: Chu kỳ và tầng số 4 dạng dao động đầu
Giá trị thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên công trình
Trong đó:Wpj- giá trị thành phần động, có đơn vị tính toán phù hợp với đơn vị tính toán của WFj khi tính hệ số i
Mj- khối lượng tập trung của phần công trình thứ j
i - hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ nhất yji- dịch chuyển ngang tỉ đối trọng tâm phần thứ j ứng với dạng dao động thứ nhất
i -hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong mỗi phần tải trọng gió có thể coi như không đổi
Hệ số i được xác định theo công thức: 1
TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG TRỤC 3
6.1 Quan niệm tính toán vách cứng
Theo GS Nguyễn Đình Cống trong sách “Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép”, khi tỷ lệ giữa cạnh lớn và cạnh bé vượt quá 4, các vách sẽ được coi là vách cứng Do đó, các vách trên trục C cũng được xem là vách cứng, và cần được thiết kế dựa trên lý thuyết tính toán vách cứng.
Tổng quan các phương pháp tính vách:
Hình 6.1: Sơ đồ vách cứng
Thông thường, các vách cứng phải chịu tổ hợp nội lực gồm (N, Mx, My, Qx, Qy)
Vách cứng có chiều dài cạnh lớn hơn hoặc bằng 4 lần cạnh kia, chủ yếu chịu tải trọng ngang song song với mặt phẳng của nó Do đó, khả năng chịu mômen uốn ngoài mặt phẳng (Mx) và lực cắt vuông góc với mặt phẳng (Qy) có thể được bỏ qua Chúng ta chỉ cần xem xét tổ hợp nội lực gồm (N, My, Qx) và thực hiện tính toán như đối với tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm, tức là vách cứng chịu nén lệch tâm.
Có nhiều phương pháp để tính toán cốt thép dọc cho vách cứng, trong đó ba phương pháp phổ biến nhất hiện nay được sử dụng để tính toán cốt thép cho vách phẳng.
➢ Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi
Phương pháp này chia vách thành các phần tử nhỏ chịu lực kéo hoặc nén, giả định ứng suất phân bố đều trong mỗi phần tử, giúp tính toán đơn giản và áp dụng cho cốt thép ở cả vách phẳng Tuy nhiên, giả thiết rằng cốt thép chịu nén và kéo đều đạt trạng thái giới hạn chảy trên toàn bộ tiết diện vách là không chính xác, chỉ các phần tử ở biên 2 đầu vách mới có thể đạt trạng thái này, trong khi phần tử ở giữa vẫn chưa đạt, dẫn đến lãng phí thép.
➢ Phương pháp giả thiết vùng biên chịu mômen
Phương pháp này dựa trên giả thiết rằng lực kéo do cốt thép và lực nén do cả bê tông lẫn cốt thép chịu Cốt thép được đặt ở vùng biên hai đầu vách, chịu toàn bộ mô men, trong khi lực dọc trục được phân bố đều trên toàn bộ tiết diện.
Phương pháp này phù hợp với vách có tiết diện tăng cường ở hai đầu, tập trung vào yếu tố an toàn bằng cách chỉ xem xét khả năng chịu mômen của cốt thép tại khu vực biên của hai đầu vách.
Chiều dài B của vùng biên chịu mômen được giả thiết Vách chịu lực dọc trục N và mômen uốn trong mặt phẳng Mx được xem xét Mômen Mx tương đương với một cặp ngẫu lực đặt tại hai vùng biên của tường.
Hình 6.2: Mặt bằng và mặt đứng vách Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên: r l x b r l L B B
Ab – diện tích của vùng biên
A - diện tích mặt cắt vách.và mômen uốn trong mặt phẳng Mx
Tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén
Kiểm tra hàm lượng cốt thép và nếu không đạt yêu cầu, cần tăng kích thước B của vùng biên Chiều dài tối đa của vùng biên B là L/2; nếu vượt quá giới hạn này, cần điều chỉnh bằng cách tăng bề dày tường.
Kiểm tra tường còn lại giữa hai vùng biên giống như đối với cấu kiện chịu nén đúng tâm Nếu bê tông đủ khả năng chịu lực, cốt thép ở vùng này sẽ được bố trí theo cấu tạo.
➢ Phương pháp sử dụng biểu đồ tương tác
Phương pháp này dựa trên giả thiết về sự làm việc của bêtông và cốt thép để xác định trạng thái chịu lực tới hạn của một vách có kích thước tiết diện và kiểu bố trí thép đã biết Đây là phương pháp phản ánh chính xác nhất cách thức hoạt động của vách bêtông cốt thép.
*Kết luận: Trong đồ án này em chọn phương pháp giả thiết vùng biên chịu momen để tính toán đơn giản và thiên về an toàn
6.2 Tính toán cốt thép cho vách cứng
Vách V1 có tiết diện: b= 300mm, h= 9300mm
Bê tông cấp bền B30 có: Rb (MPa); Rbt=1,22(MPa); theo ACI: f' c ,87 Mpa
P l N M X P r vu ứng b iờ n tra ựi vu ứng b iờ n ph ải
Cốt thép dọc dùng nhóm CII có: Rs=Rsc(0 (MPa), fy)4(MPa)
Cốt thép đai dùng nhóm CI có: Rs=Rsc"5(MPa), Rsw5(MPa), fy#6(MPa)
Nội lực tính toán được lấy từ bảng tổ hợp nội lực:
Ntư, Qtư │N│max, Ntư N tư, |Q|max
Để xác định kích thước vùng biên Bl và Br cho vách V3 tầng 1, cần chia nhỏ vùng biên vách cứng thành nhiều đoạn và áp dụng ngẫu lực quy đổi lên trọng tâm của mỗi đoạn, từ đó tăng dần kích thước vùng biên Từ trọng tâm này, chúng ta có thể xác định các kích thước Bl và Br tương ứng Sau khi có các kích thước, tiến hành tính toán cốt thép cần thiết cho các biên và theo dõi sự thay đổi của hàm lượng cốt thép để lựa chọn kích thước vùng biên phù hợp.
Theo quy ước, vùng biên là vùng chịu momen, do đó trọng tâm của vùng này nằm trong khoảng L/4 (L là chiều dài vách cứng) tính từ mép vách cứng Đồng thời, khi xác định cho 2 biên, ta có Bl = Br.
Chia vùng L/4 thành 4 đoạn bằng nhau: l = L/16 = 9300/16 = 581.25 mm
➢ Vùng biên thứ nhất: (tương ứng với l1)
Hình 6.3: sơ đồ vùng biên thứ nhất
Ta có: Bl = Br = 581.25 mm
Ngẩu lực trong vùng biên trái:
Ngẩu lực trong vùng biên phải:
Diện tích cốt thép trong vùng biên trái:
Diện tích cốt thép trong vùng biên phải:
Tính toán các tổ hợp tiếp theo tương tự tổ hợp 1 ta có kết quả tính như sau:
Tính với tổ hợp 2: P l 13,66kN=>A sc = −41, 4cm 2 , Pr = 2436, 29kN => A sc W, 6cm 2
Tính với tổ hợp 3: P l = −36.17kN => A sc = −114, 49cm 2 ,Pr'93.07kN => A sc , 46cm 2
Tính với tổ hợp 1: P l 3,18kN =>A sc = −99, 2cm 2 , Pr = 2605,116kN => A sc i,37cm 2
Tính với tổ hợp 2: P l 74,97kN => A sc = −32,1cm 2 , Pr = 2333, 65kN => A sc P,5cm 2
Tính với tổ hợp 3: P l 3,18kN=> A sc = −99, 2cm 2 , Pr = 2605,116kN => A sc X, 73cm 2
➢ Vùng biên thứ 2: (tương ứng với l2)
Hình 6.4: sơ đồ vung biên thứ 2
Ta có: Bl = Br = 1743,75 mm
Tính toán tương tự như trên ta có hàm lượng cốt thép với mỗi trường hợp tổ hợp tải trọng như sau:
Trong tổ hợp 1, lực Pl đạt 2531,75 kN với diện tích Asc là -159,67 cm², trong khi lực Pr là 5766,04 kN với diện tích Asc là 65,46 cm² Tổ hợp 2 cho thấy Pl là 4378,84 kN với Asc -31,1 cm², và Pr đạt 5984,76 kN với Asc 80,7 cm² Cuối cùng, tổ hợp 3 lặp lại giá trị của tổ hợp 1 với Pl là 2531,75 kN và Pr là 5766,04 kN Tại tiết diện dưới, các giá trị này thể hiện sự phân bố lực và diện tích liên quan.
Trong tổ hợp 1, lực Pl đạt 2811,84 kN dẫn đến giá trị Asc là -140,17 cm², trong khi lực Pr là 5576,27 kN với Asc là 52,26 cm² Đối với tổ hợp 2, lực Pl tăng lên 4561,95 kN với Asc là -18,35 cm², và lực Pr đạt 5894,4 kN tương ứng với Asc là 74,4 cm² Tổ hợp 1 được nhắc lại với các giá trị Pl là 2811,84 kN và Pr là 5576,27 kN, tạo ra các giá trị Asc là -140,17 cm² và 52,26 cm².
➢ Vùng biên thứ 3: (tương ứng với l3)
Hình 6.5: sơ đồ vùng biên thứ 3
Ta có: Bl = Br = 2906,25 mm
Trong tổ hợp 1, lực Pl đạt 5019,66 kN với kết quả Asc là -210,43 cm², trong khi lực Pr là 8815,87 kN với Asc là 53,83 cm² Đối với tổ hợp 2, Pl là 7703,5 kN dẫn đến Asc là -23,61 cm², và Pr đạt 9572,2 kN với Asc là 106,5 cm² Tại tiết diện dưới, các giá trị này cho thấy sự phân bố lực và biến dạng của kết cấu.