KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
Giới thiệu về công trình
Nhà làm việc công ty thép Hoà Phát đƣợc xây dựng ở Bình Phú, tỉnh Thái Nguyên
Nhà làm việc của công ty thép Hoà Phát cao 9 tầng, bao gồm 1 tầng trệt, 1 tầng cho thuê mặt bằng và 7 tầng dành cho giao dịch Công trình có cổng chính hướng nam, thuận tiện cho giao thông và hoạt động của cơ quan Hệ thống cây xanh và bồn hoa được bố trí ở sân trước và xung quanh, tạo nên một môi trường cảnh quan sinh động và hài hòa với thiên nhiên.
Hình 1.1: Mặt bằng tổng thể của toàn thể khu đất
Các giải pháp kiến trúc
1.2.1 Giải pháp tổ chức không gian thông qua mặt bằng và mặt cắt công trình
Công trình gồm 1 tầng trệt, 1 tầng cho thuê mặt bằng và 6 tầng làm việc
Tầng trệt gồm sảnh dẫn lối vào, nơi để xe
Tầng 1 gồm các không gian cho thuê mặt bằng
Từ tầng 2 đến tầng 6 là các phòng làm việc và giao dịch của công ty
Tầng mái có lớp chống nóng, chống thấm, chứa tét nước và một số phương tiện kỹ thuật khác
Công trình bố trí 1 thang máy ở trục 4-5 và 2 thang bộ ở trục 1-2; 7-8
Hình 1.2: Mặt bằng kiến trúc của công trình
1.2.2 Giải pháp mặt đứng và hình khối kiến trúc công trình
Mặt đứng của công trình không chỉ thể hiện kiến trúc bên ngoài mà còn tạo nên nhịp điệu cho toàn bộ khu vực Với thiết kế hiện đại và trang nhã, mặt đứng được trang trí bằng hệ thống kính khung nhôm tại cầu thang bộ, mang lại vẻ đẹp tinh tế Các phòng làm việc được thiết kế với cửa sổ mở ra không gian rộng, tạo cảm giác thoải mái cho người sử dụng Giữa các phòng được ngăn chia bằng tường xây, trát vữa xi măng hai mặt và lăn sơn ba nước, đảm bảo tính thẩm mỹ và kỹ thuật.
Công trình có kiến trúc mạch lạc và rõ ràng, với bố cục chặt chẽ và quy mô phù hợp với chức năng sử dụng, góp phần vào kiến trúc chung của toàn khu Chiều cao tầng trệt là 3,2m, tầng 1 cao 4,2m, và các tầng điển hình cao 3,6m.
Hình 1.2.2: Mặt đứng của công trình
Các giải pháp kỹ thuật của công trình
1.3.1 Giải pháp thông gió, chiếu sáng
Thông gió là yếu tố thiết yếu trong thiết kế kiến trúc, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo vệ sinh và sức khỏe cho con người trong quá trình làm việc và nghỉ ngơi.
Trong nội bộ công trình, tất cả các phòng đều được trang bị cửa sổ thông gió trực tiếp, đảm bảo không khí trong lành Mỗi căn hộ còn được bố trí quạt hoặc điều hòa để cung cấp thông gió nhân tạo vào mùa hè, tạo sự thoải mái cho cư dân.
Chiếu sáng: Kết hợp chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo trong đó chiếu sáng nhân tạo là chủ yếu
Về chiếu sáng tự nhiên: Các phòng đều đƣợc lấy ánh sáng tự nhiên thông qua hệ thống sổ, cửa kính và cửa mở ra ban công
Chiếu sáng nhân tạo: Đƣợc tạo ra từ hệ thống bóng điện lắp trong các phòng và tại hành lang, cầu thang bộ, cầu thang máy
Hình 1.3: Mặt cắt của công trình
1.3.2 Giải pháp cung cấp điện
Lưới cung cấp và phân phối điện đảm bảo cung cấp điện động lực và chiếu sáng cho công trình từ điện hạ thế của trạm biến áp Dây dẫn điện từ tủ điện hạ thế đến các bảng phân phối ở các tầng sử dụng lõi đồng cách điện PVC và được lắp đặt trong hộp kỹ thuật Dây dẫn sau bảng phân phối ở các tầng được luồn trong ống nhựa mềm chôn trong tường, trần hoặc sàn, với yêu cầu tiếp diện tối thiểu là 1,5mm² cho dây dẫn ra đèn.
Hệ thống chiếu sáng dùng đèn huỳnh quang và đèn dây tóc để chiếu sáng tuỳ theo chức năng của từng phòng, tầng, khu vực
Trong các phòng có bố trí các ổ cắm để phục vụ cho chiếu sáng cục bộ và cho các mục đích khác
Hệ thống chiếu sáng được bảo vệ bởi các Aptomat trong bảng phân phối điện, đảm bảo an toàn cho việc sử dụng Việc điều khiển chiếu sáng được thực hiện thông qua các công tắc được lắp đặt trên tường gần cửa ra vào hoặc ở những vị trí thuận tiện nhất cho người dùng.
1.3.3 Giải pháp hệ thống chống sét và nối đất
Hệ thống chống sét cho công trình được thiết kế với các kim thu sét bằng thép có đường kính 16mm và chiều dài 600mm, lắp đặt trên các cấu trúc nhô cao và đỉnh mái nhà Các kim thu sét này được kết nối với nhau và với hệ thống nối đất bằng thép có đường kính 10mm Cọc nối đất sử dụng thép góc 65x65x6 dài 2,5m, trong khi dây nối đất được làm từ thép dẹt 40x4 Đặc biệt, điện trở của hệ thống nối đất được đảm bảo nhỏ hơn 10Ω, đảm bảo hiệu quả trong việc chống sét.
Hệ thống nối đất an toàn cho thiết bị điện phải được tách biệt với hệ thống nối đất chống sét, với điện trở nối đất không vượt quá 4Ω Tất cả các cấu trúc kim loại, bao gồm khung tủ điện và vỏ hộp Aptomat, cần phải được kết nối đồng bộ với hệ thống này để đảm bảo an toàn.
1.3.4 Giải pháp cấp thoát nước
Hệ thống cấp nước trong ngôi nhà được thiết kế theo mạch vòng, lấy nước từ hệ thống cấp nước thành phố qua đường ống dẫn xuống các bể chứa trên mái Nước được bơm trực tiếp từ hệ thống thành phố lên bể nước và phân phối đến các căn hộ qua hệ thống ống Để đảm bảo áp lực nước lớn, ống cấp nước sử dụng ống thép tráng kẽm, trong khi ống dẫn nước trong nhà được lắp đặt ngầm trong tường và các hộp kỹ thuật Trước khi đưa vào sử dụng, tất cả các đường ống đều phải được thử áp lực và khử trùng, và các van, khóa phải là loại chịu áp lực để đảm bảo an toàn.
Thoát nước: Bao gồm thoát nước mưa và thoát nước thải sinh hoạt
Nước thải tại khu vệ sinh được xử lý qua hai hệ thống riêng biệt: hệ thống thoát nước bẩn và hệ thống thoát phân Nước bẩn từ các thiết bị như phễu thu sàn, chậu rửa, tắm đứng và bồn tắm được dẫn vào ống đứng thoát riêng, sau đó chảy vào hố ga thoát nước bẩn và cuối cùng được kết nối với hệ thống thoát nước chung.
Phân từ các xí bệt được thu gom vào hệ thống ống đứng thoát riêng và dẫn về ngăn chứa của bể tự hoại Hệ thống được trang bị ống thông hơi có đường kính 60mm, được đưa cao qua mái với chiều cao 70cm.
Hệ thống thoát nước mưa sử dụng sênô 110 để dẫn nước từ ban công và mái nhà qua các ống nhựa đặt ở góc cột Nước sẽ chảy xuống hệ thống thoát nước của toàn nhà và cuối cùng được dẫn ra hệ thống thoát nước của thành phố.
Xung quanh nhà có hệ thống rãnh thoát nước có kích thước 38038060 làm nhiệm vụ thoát nước mặt
Việc phòng cháy chữa cháy trong các tòa nhà cao tầng là vô cùng quan trọng do tập trung đông người Mỗi tầng đều được trang bị bình cứu hỏa cầm tay và họng cứu hỏa kết nối trực tiếp với bể nước mái, nhằm nhanh chóng dập tắt đám cháy ngay từ những phút đầu.
Trong trường hợp xảy ra cháy, việc thoát hiểm trở nên dễ dàng hơn nhờ vào hệ thống giao thông ngang rộng rãi, kết nối thuận tiện với hệ thống giao thông đứng Các cầu thang được bố trí linh hoạt, bao gồm cả cầu thang bộ và thang máy, với mỗi thang máy và thang bộ phục vụ cho 4 căn hộ trên mỗi tầng.
1.3.6 Các thông số, chỉ tiêu cơ bản
- Mật độ xây dựng đƣợc xác định bằng công thức: S xd /S
Trong đó: S xd – Diện tích xây dựng của công trình
Diện tích toàn khu đất là 3600m², bao gồm diện tích xây dựng công trình, đường giao thông và các khu vui chơi, giải trí Hệ số xây dựng được tính là 1270/3600 = 0,35, nhỏ hơn 0,4, tức là trong giới hạn cho phép.
1.3.7 Vật liệu sử dụng trong công trình
- Đối với kết cấu chịu lực:
+ Bê tông sử dụng: Bê tông cấp độ bền B25 có:
Cường độ tính toán chịu nén - R b = 14,5MPa = 1450T/m 2 ;
Cường độ tính toán chịu kéo - Rbt = 1,05MPa = 105T/m 2
+Cốt thép: Cốt thép loại CB400V có:
Cường độ tính toán chịu kéo, nén - R s =R sc = 365Mpa;
Cường độ tính toán chịu cắt - Rsw = 225Mpa
+ Gạch xây tường ngăn giữa các căn hộ và giữa các phòng dùng gạch rỗng có trọng lƣợng nhẹ, để làm giảm trọng lƣợng của công trình
+ Dùng các loại sỏi, đá, cát phù hợp với cấp phối, đảm bảo mác của vữa và khối xây theo đúng yêu cầu thiết kế
Tôn được sử dụng để che phủ các mái tum của công trình, góp phần tạo nên vẻ đẹp kiến trúc Việc sử dụng tôn lạnh màu giúp giảm khả năng hấp thụ nhiệt, mang lại sự mát mẻ cho không gian bên dưới.
- Vật liệu dùng để trang trí kiến trúc, nội thất:
Cửa kính là lựa chọn lý tưởng với trọng lượng nhẹ nhưng vẫn đảm bảo độ bền và khả năng chịu đựng va đập mạnh từ gió và bão Ngoài ra, cửa kính còn có khả năng cách âm và cách nhiệt hiệu quả, mang lại không gian sống thoải mái cho người sử dụng.
Điều kiện khí hậu, thủy văn
Thái Nguyên có khí hậu nhiệt đới với mùa đông lạnh, nhiệt độ trung bình năm khoảng 23-24 độ C Trong đó, tháng 7 và 8 là thời gian nóng nhất với nhiệt độ đạt 29-30 độ C, trong khi tháng lạnh nhất chỉ có nhiệt độ 17 độ C.
Năm có trung bình từ 1.400 đến 1.500 giờ nắng, với lượng mưa trung bình đạt 1.200 đến 1.300 mm Độ ẩm không khí dao động khoảng 83%, cao nhất vào tháng 2 với 85% và thấp nhất vào tháng 10 với 70% Tổng lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1.700 mm, trong đó tháng 5 là tháng có lượng mưa cao nhất với 357 mm, còn tháng 10 là tháng có lượng mưa thấp nhất, dưới 100 mm.
Thái Nguyên có lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1.600 mm với độ ẩm trung bình đạt 88%, cao nhất trên 90% vào tháng 1, 7 và 8 Trong suốt năm, khu vực này chịu ảnh hưởng rõ rệt của hai loại gió mùa: gió mùa đông từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, mang lại thời tiết lạnh và khô, và gió mùa hè từ tháng 4 đến tháng 9, gây ra thời tiết nóng ẩm và mưa nhiều Gió tại Thái Nguyên được phân loại là vùng gió IIB.
Tỉnh Thái Nguyên nổi bật với hai con sông chính là sông Cầu và sông Công, cùng với sông Rong, bắt nguồn từ vùng núi huyện Võ Nhai và chảy vào lưu vực sông Thương tại huyện Hữu Lũng, tỉnh Lạng Sơn.
Sông Cầu là một phần của hệ thống sông Thái Bình, với lưu vực rộng 6030 km² Sông bắt nguồn từ huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn, và chảy theo hướng tây bắc đến đông nam Lưu lượng nước của sông trong mùa lũ rất đáng chú ý.
Sông Cầu có lưu lượng nước lớn, với 3500 m³/s vào mùa lũ và 7,5 m³/s vào mùa kiệt Sông có nhiều phụ lưu quan trọng trong tỉnh Thái Nguyên, bao gồm sông Chu và sông Du ở bờ phải, cũng như sông Nghinh Tường, sông Khe Mo và sông Huống Thượng ở bờ trái Đặc biệt, trên sông Cầu có đập Thác Huống, cung cấp nước tưới cho 24.000 ha lúa 2 vụ tại các huyện Phú Bình (Thái Nguyên) và Hiệp Hoà, Tân Yên (Bắc Giang).
Sông Công dài 96km với lưu vực 951km², bắt nguồn từ núi Ba Lá huyện Định Hoá và chảy dọc theo chân dãy Tam Đảo Sông Công hợp lưu với sông Cầu tại điểm cực nam huyện Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên Lượng nước của sông Công khá dồi dào nhờ chảy qua khu vực có lượng mưa cao nhất tỉnh.
Tỉnh Thái Nguyên nổi bật với nhiều hồ nước, trong đó Hồ Núi Cốc là lớn nhất, được hình thành từ việc đập Núi Cốc ngăn dòng sông Công Hồ có diện tích mặt nước rộng từ 25-30 km², độ sâu từ 25-30m, chứa khoảng 210 triệu m³ nước Hồ Núi Cốc không chỉ cung cấp nước tưới cho 12.000 ha lúa hai vụ, hoa màu và cây công nghiệp, mà còn là nguồn nước sinh hoạt quan trọng cho thành phố Thái Nguyên và thị xã Sông Công.
Tỉnh Thái Nguyên không chỉ nổi tiếng với hồ Núi Cốc mà còn sở hữu 850 ha hồ thủy lợi và 2400 ha ao hồ nhỏ Trong số đó, một số hồ lớn đáng chú ý bao gồm hồ Khe Lạnh tại Phổ Yên, hồ Bảo Linh ở Định Hóa và hồ Gềnh Chè thuộc TX Sông Công.
GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN
Các giải pháp kết cấu
2.1.1 Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản của nhà nhiều tầng
2.1.1.1.Các cấu kiện chịu lực cơ bản của nhà
Các cấu kiện chịu lực cơ bản của nhà gồm các loại sau:
- Cấu kiện dạng thanh: Cột, dầm,…
- Cấu kiện phẳng: Tường đặc hoặc có lỗ cửa, hệ lưới thanh dạng giàn phẳng, sàn phẳng hoặc có sườn
Cấu kiện không gian bao gồm lõi cứng và lưới hộp, được hình thành từ việc liên kết các cấu kiện phẳng hoặc thanh Khi chịu tác động của tải trọng, hệ thống không gian này hoạt động như một kết cấu độc lập.
Hệ kết cấu chịu lực của nhà nhiều tầng là thành phần chính của công trình, có chức năng tiếp nhận và truyền tải trọng xuống nền đất, được hình thành từ một hoặc nhiều cấu kiện cơ bản.
2.1.1.2.Các hệ kết cấu chịu lực của nhà nhiều tầng
Hệ khung chịu lực (I): Hệ này đƣợc tạo bởi các thanh đứng (cột) và thanh ngang
Hệ kết cấu không gian được hình thành từ các khung phẳng liên kết với nhau qua các thanh ngang, giúp khắc phục nhược điểm của hệ tường chịu lực Tuy nhiên, phương án này gặp phải vấn đề với tiết diện cấu kiện lớn do phải chịu tải trọng ngang lớn, dẫn đến độ cứng ngang thấp và chuyển vị ngang lớn Hơn nữa, khả năng chịu tải trọng ngang của lõi cứng vẫn chưa được khai thác hiệu quả.
Hệ tường chịu lực là một cấu trúc trong đó các tường phẳng đảm nhận vai trò chịu tải trọng đứng Các vách cứng được thiết kế để chịu cả tải trọng ngang và đứng, đặc biệt quan trọng trong các công trình nhà cao tầng, nơi tải trọng ngang thường chiếm ưu thế Tải trọng ngang được truyền đến tường thông qua các bản sàn, cho phép các tường cứng hoạt động như các dầm consol với chiều cao tiết diện lớn Giải pháp này phù hợp cho các công trình có chiều cao vừa phải và yêu cầu không gian bên trong không quá lớn.
Hệ lõi chịu lực (III) có thiết kế dạng vỏ hộp rỗng, với tiết diện kín hoặc hở, có nhiệm vụ tiếp nhận toàn bộ tải trọng của công trình và truyền xuống đất Hệ này có khả năng chịu tải trọng ngang tốt và tận dụng vách tường bê tông cốt thép làm vách cầu thang Để đạt được hiệu quả tối ưu, sàn cần phải có độ dày và chất lượng đảm bảo, đặc biệt tại các điểm giao giữa sàn và vách.
Hệ hộp chịu lực (IV) là một cấu trúc truyền lực hiệu quả, trong đó các bản sàn được gối lên kết cấu chịu tải nằm trong mặt phẳng tường ngoài mà không cần gối trung gian Hệ thống này có khả năng chịu tải lớn, rất phù hợp cho việc xây dựng các toà nhà siêu cao tầng, thường từ 80 tầng trở lên.
Hình 2.1: Phân loại hệ kết cấu chịu lực trong nhà nhiều tầng
2.1.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu cho công trình
Việc phân tích ưu, nhược điểm của các hệ kết cấu chịu lực trong nhà nhiều tầng cho thấy rằng kết cấu lõi chịu tải trọng đứng và ngang kết hợp với khung sẽ nâng cao hiệu quả chịu lực của toàn bộ hệ thống Sự hỗ trợ của lõi giúp giảm tải trọng ngang tác động vào từng khung, từ đó cải thiện hiệu quả sử dụng của khung không gian Do đó, giải pháp kết cấu cho tòa nhà làm việc của Công ty thép Hòa Phát là hệ thống hỗn hợp kết cấu khung cột chịu lực, dầm bê tông cốt thép kết hợp với lõi chịu tải trọng ngang theo sơ đồ khung-giằng.
2.1.3 Sơ đồ làm việc của hệ kết cấu chịu tác dụng của tải trọng ngang
Sơ đồ này tính toán tải trọng thẳng đứng mà khung phải chịu, tương ứng với diện tích truyền tải đến nó, đồng thời cũng xem xét tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng khác.
Hình 2.2: Sơ đồ giằng và sơ đồ khung giằng
Các kết cấu chịu tải cơ bản bao gồm lõi và tường chịu lực Trong sơ đồ này, tất cả các nút khung được thiết kế với cấu tạo khớp, hoặc tất cả các cột có độ cứng chống uốn rất thấp.
2.1.3.2 Sơ đồ khung - giằng (hình 4b)
Khung trong sơ đồ này tham gia chịu tải trọng thẳng đứng và ngang cùng với các kết cấu chịu lực khác, được gọi là khung cứng khi có liên kết cứng tại các nút Độ cứng tổng thể của hệ thống được đảm bảo nhờ các kết cấu giằng đứng (vách) và các tấm sàn ngang So với các kết cấu sơ đồ giằng, độ cứng của khung thường thấp hơn nhiều so với vách cứng, do đó các kết cấu giằng sẽ chịu phần lớn tác dụng của tải trọng ngang.
* Lựa chọn sơ đồ làm việc cho kết cấu chịu lực:
Qua phân tích, sơ đồ khung - giằng được xác định là hợp lý nhất cho công trình Kết cấu lõi (lõi cầu thang máy) kết hợp với khung giúp giảm tải trọng ngang tác động lên từng khung, từ đó giảm đáng kể trị số mômen do gió gây ra nhờ vào độ cứng chống uốn lớn của lõi Sự phối hợp đồng thời giữa khung và lõi là ưu điểm nổi bật của hệ kết cấu này, vì vậy, hệ khung giằng được chọn làm hệ kết cấu chính chịu lực cho công trình.
Yêu cầu về độ cứng của công trình cần được duy trì đồng đều theo chiều cao và phương ngang, tránh thay đổi độ cứng hoặc cường độ của một hoặc một vài tầng Sự xuất hiện của một tầng mềm có thể dẫn đến việc biến dạng tập trung tại đó, tăng nguy cơ sụp đổ cho toàn bộ công trình hoặc phần phía trên tầng mềm.
2.1.4 Phương án kết cấu sàn
Sàn nấm là loại sàn không có dầm, trực tiếp tựa lên cột, giúp giảm chiều cao kết cấu và đơn giản hóa thi công Loại sàn này mang lại khả năng chiếu sáng và thông gió tốt, phù hợp cho nhà có nhịp rộng từ 4-8m Tuy nhiên, độ dày lớn của sàn nấm có thể làm tăng khối lượng công trình Đặc biệt, trong các dự án chung cư với nhiều tường ngăn, lực tập trung cao khiến sàn nấm không phải là lựa chọn thích hợp.
Sàn dầm là loại sàn mà bản sàn tựa trực tiếp lên hệ dầm, giúp truyền lực lên các cột Nhờ đó, bề dày sàn được thiết kế tương đối nhỏ, góp phần giảm trọng lượng của công trình.
Qua phân tích trên ta thấy thích hợp với công trình này là chọn giải pháp thiết kế sàn sườn toàn khối.
Lựa chọn sơ bộ kích thước cấu kiện
2.2.1 Lựa chọn chiều dày sàn
Chiều dày sàn đƣợc chọn theo công thức: s h D l
m (l: cạnh ngắn theo phương chịu lực)
Hệ số D phụ thuộc vào đặc tính tải trọng theo phương đứng tác động lên sàn, với giá trị D dao động từ 0,8 đến 1,4; trong đó chọn D = 0,8 cho nhịp tính toán theo phương chịu lực của bản sàn Hệ số m phụ thuộc vào đặc tính làm việc của sàn, có giá trị m từ 30 đến 35 cho bản loại dầm và bản làm việc một phương khi tỷ lệ chiều dài l dài / l ngắn lớn hơn 2 Ngược lại, với bản làm việc hai phương và tỷ lệ chiều dài l dài / l ngắn nhỏ hơn 2, giá trị m sẽ dao động từ 35 đến 45.
Công trình có 4 loại ô sàn: (7,2 x 7,2) m ;(7,2 x 4,2)m ;(7,2 x 3,65)m và (7,2 x2,4)m
Vậy ô bản làm việc theo 2 phương Tính bản theo sơ đồ bản kê 4 cạnh
Chiều dày bản sàn đƣợc xác định theo công thức: s h D l
m (l: cạnh ngắn theo phương chịu lực) Với bản kê 4 cạnh có m= (35÷45), chọn m= 45 và D= (0,8÷1,4), chọn D= 1
Vậy ta có hs = (1x7,2)/45 = 0,16m, chọn chiều dày sàn hscm b) Ô bản loại S2: (l 1 x l 2 = 7,2 x 4,2)
Vậy ô bản làm việc theo 2 phương Tính bản theo sơ đồ bản kê 4 cạnh
Chiều dày bản sàn đƣợc xác định theo công thức: s h D l
Với bản kê 4 cạnh có m= (35÷45), chọn m= 45 và D= (0,8÷1,4), chọn D= 1
Vậy ta có hs = (1x4,2)/45 = 0,093m, chọn chiều dày sàn hscm Ô bản loại S3: (l 1 x l 2 = 7,2 x 3,65)
Vậy ô bản làm việc theo 2 phương Tính bản theo sơ đồ bản kê 4 cạnh
Chiều dày bản sàn đƣợc xác định theo công thức: s D h l
Với bản kê 4 cạnh có m= (35÷45), chọn m= 45 và D= (0,8÷1,4), chọn D= 1
Vậy ta có hs = (1x3,6)/45 = 0,08m, chọn chiều dày sàn hsm Ô bản loại S4: (l 1 x l 2 = 7,2 x 2,4)
Vậy ô bản làm việc theo 1 phương Tính bản theo sơ đồ bản kê 2 cạnh
Chiều dày bản sàn đƣợc xác định theo công thức: s h D l
Với bản kê 2 cạnh có m= (30÷35), chọn m= 35 và D= (0,8÷1,4), chọn D= 1
Vậy ta có hs = (1x2,4)/35 = 0,068m, chọn chiều dày sàn hsm
Kết luận: Vậy ta chọn chiều dày sàn là 15cm
2.2.2 Xác định tiết diện dầm
Chiều cao tiết diện dầm h d chọn sơ bộ theo nhịp:
Trong đó: l d – Nhịp của dầm đang xét; m d – Hệ số kể đến vai trò của dầm (Với dầm phụ: m d 12 20 , với dầm chính: m d 8 12, với đoạn dầm consol :m d 5 7)
Bề rộng tiết diện dầm b d chọn trong khoảng 0,3 0,5 h d
Dầm chính: h d (0, 6 0,9) => b d = (0,18 0,3) (Nhịp 7,2m) h d (0, 2 0,3) => b d = (0,06 0,15) (Nhịp 2,4m) h d (0,38 0, 6) => b d = (0,12 0,3) (Nhịp 4,6m)
Bảng 2.2: Bảng lựa chọn kích thước tiết diện dầm tầng điển hình
Loại Nhịp Tiết diện chọn(cm) dầm (L) b h
2.2.3 Xác định tiết diện cột
Kích thước tiết diện cột được chọn theo công thức sau: yc c b
N – Lực dọc sơ bộ xác định theo công thức:
Diện tích mặt sàn F truyền tải trọng lên cột đang xét, với tải trọng tương đương q tính trên mỗi mét vuông mặt sàn (bao gồm tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời), thường được xác định theo kinh nghiệm là q = (1÷1,5) T/m² Số sàn n phía trên tiết diện đang xét, bao gồm cả mái, cũng cần được xem xét trong tính toán.
R b – Cường độ tính toán về nén của bê tông ; k: hệ số ảnh hưởng của momen cột ,với cột biên lấy bằng 1,1 ,cột góc bằng 1,5 cột trong nhà lấy 1
Cột sau khi chọn phải kiểm tra lại điều kiện về độ mảnh theo phương cạnh ngắn:
Hình 2.2.3.1: Mặt bằng xác định diện tích chịu tải sơ bộ của cột C5
Hình 2.2.3.2: Mặt bằng xác định diện tích chịu tải sơ bộ của cột C1
Kích thước tiết diện cột được chọn theo công thức sau:
CộtLoại cột Chiều dài sàn truyền tải (m) Chiều rộng sàn chịu tải (m) F(m2)q nN (kg)k R b (kg/cm 2
B ả ng 2.2 2 : Bảng lựa chọn kích thước tiết diện của cột
-Từ tầng trệt đến tầng 6 Cột giữ nguyên
-Từ tầng trệt đến tầng 3 cột giữ nguyên
-Từ tầng 4 đến 6 cột là (300x350)mm
-Từ tầng trệt đến tầng 3 cột giữ nguyên
-Từ tầng 4 đến 6 cột là (350x350)mm
-Từ tầng trệt đến tầng 3 cột giữ nguyên
-Từ tầng 4 đến 6 cột là (350x450)mm
-Từ tầng trệt đến tầng 3 cột giữ nguyên
-Từ tầng 4 đến 6 cột là (450x550)mm
2.2.4 Xác định tiết diện lõi thang máy
Theo TCVN 198 – 1997 quy định độ dày của vách không nhỏ hơn một trong hai giá trị sau: 150 mm; h t /20 = 160mm
Vậy, chọn sơ bộ độ dày của lõi là 200 mm
Mặt bằng định vị cột, vách xem bản vẽ KC-01
Hình 2.2.4 : Mặt bằng định vị sàn và cột
Dựa trên các kết quả tính toán và giải pháp đã chọn, chúng tôi tiến hành lập mặt bằng kết cấu và xem xét các bản vẽ liên quan Toàn bộ công trình được mô hình hóa trong phần mềm Etabs 17.0.1, như thể hiện trong hình 2.8.
Tính toán tải trọng
2.3.1.1 Tĩnh tải hoàn thiện (Dead Load - DL)
Tải trọng các lớp tĩnh tải hoàn thiện đƣợc tính toán theo công thức sau: tc tt q q n (2-7)
Trong đó: q tc – Tải trọng tiêu chuẩn : q tc h ht kG m / 2 ; h ht – Chiều dày lớp hoàn thiện (m);
– Trọng lương riêng (kG/m 3 ); n– Hệ số độ tin cậy
Trọng lƣợng các lớp mái đƣợc tính toán và lập thành bảng sau
BẢNG 2-1 : BẢNG TRỌNG LƢỢNG LỚP MÁI
BẢNG 2-2 : BẢNG TRỌNG LƢỢNG CÁC LỚP SÀN TẦN
TT Tên các lớp cấu tạo Trọng lƣợng riêng (kG/m3)
Tải trọng tiêu chuẩn (kG/m2)
Tải trọng tính toán (kG/m2)
TT Tên các lớp cấu tạo
Tải trọng tiêu chuẩn (kG/m 2 )
Tải trọng tính toán (kG/m 2 )
BẢNG 2-2 : BẢNG TRỌNG LƢỢNG CÁC LỚP SÀN W
TT Tên các lớp cấu tạo
Tải trọng tiêu chuẩn (kG/m 2 )
Tải trọng tính toán (kG/m 2 )
2.3.1.2 Tĩnh tải tường xây, vách ngăn (Brick Load)
Tường ngăn giữa các phòng trong một căn hộ dày 110mm , tường bao chu vi nhà và tường ngăn giữa các căn hộ dày 220mm
Chiều cao tường được xác định :
Trong đó : h t - Chiều cao tường;
H - Chiều cao tầng nhà; h d,s - Chiều cao dầm hoặc sàn trên tường tương ứng
Khi tính trọng lượng tường, cần phải trừ đi khoảng 30% trọng lượng do cửa đi và cửa sổ chiếm bằng cách nhân với hệ số 0,7 để có được kết quả gần đúng.
* Tính trọng lượng cho 1m 2 tường 220; gồm:
+Trọng lƣọng khối xây gạch: g 1 = 1800.0,22.1,1 = 435,6 (kG/m 2 )
+Trọng lƣợng lớp vữa trát dày1,5 mm:g 2 = 1800x0,015x1,3 = 35,1 (kG/m 2 )
+Trọng lượng 1 m 2 tường 220 là: g tường = 435,6 + 35,1 = 470,7= 471 (kG/m 2 )
* Tính trọng lượng cho 1m 2 tường 110; gồm:
+Trọng lƣọng khối xây gạch: g 1 = 1800.0,11.1,1 = 217,8 (kG/m 2 ) +Trọng lƣợng lớp vữa trát dày1,5 mm: g 2 = 1800x0,015x1,3 = 35,1 (kG/m 2 )
+Trọng lượng 1 m 2 tường 110 là: g tường !7,8 + 35,1= 252,9 = 253 (kG/m 2 ) Trọng lƣợng bản thân của các cấu kiện
- Tính trọng lượng cho 1 m dầm:
+ Với dầm kích thước 25x35: g = 0,25x0,35x2500x1,1 = 240,625 (kG/m)
Tĩnh tải tường: tầng 1: 471x274,7 = 129383,7 kG
Tường cao 420-60-15= 345cm (420 chiều cao tầng,trừ dầm, trừ sàn)
2.3.1.3 Tải trọng bản thân ( TBT)
Chương trình Etabs thực hiện tính toán tải trọng bản thân của công trình, với hệ số trọng lượng bản thân được khai báo là 1,1.
Theo TCVN 2737-95 hoạt tải tiêu chuẩn tác dụng lên sàn là:
- Đối với phòng làm việc : q = 200 (kG/m 2 ) q tt = 200x1,2 = 240 (kG/m 2 )
- Đối với hành lang : q= 300 (kG/m 2 ) q tt = 300x1,2 = 360 (kG/m 2 )
- Đối với WC: q = 200 (kG/m 2 ) q tt = 200x1,3 = 260 (kG/m 2 )
- Đối với tầng áp mái: qmái = 75 (kG/m 2 ) qmái tt = 75x1,3 = 97,5 (kG/m 2 )
2.3.3 Tải trọng gió (Wind Load – WL)
Tải trọng gió vùng gió IIB
Công trình xây dựng tại TP Thái Nguyên, thuộc vùng gió II-B, có áp lực gió đơn vị:
Theo TCVN 2737-1995, công trình xây dựng có trọng số W 0 = 95daN/m² (tương đương 0,095T/m²) nằm trong địa hình loại B, do được xây dựng trên khu vực tương đối trống trải với vật cản thưa thớt và thuộc vùng ngoại ô.
Côg trình cao dưới 40m nên chỉ xét đến tác dụng tĩnh của tải trọng gió Tải trọng gió truyền lên khung sẽ đƣợc tính theo công thức:
Trong đó: n - hệ số tin cậy của tải gió n = 1,2;
Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn W 0 được xác định theo bảng 4 phân vùng áp lực gió Hệ số k i phản ánh sự thay đổi áp lực gió theo độ cao so với mốc chuẩn và dạng địa hình, và được tra cứu theo bảng 7 TCVN 2737-95.
Hệ số khí động C đ và C h, được xác định theo bảng 6 TCVN 2737-95, phụ thuộc vào hình khối công trình và hình dạng bề mặt tiếp xúc với gió Đối với công trình có hình khối chữ nhật và bề mặt vuông góc với hướng gió, hệ số khí động sẽ được tính toán theo các quy định cụ thể.
- Với mặt đón gió là C đ = +0,8 ;
- Với mặt hút gió là C h = -0,6;
B – bề rộng công trình đón gió
2.3.3.1 Tính toán tải trọng gió thành phần tĩnh
- Tính toán tải trọng gió thành phần tĩnh Áp lực gió tiêu chuẩn thành phần tĩnh luôn đƣợc tính theo công thức sau:
Giá trị áp lực gió W 0 được xác định theo bản đồ phân vùng trong phụ lục D và điều 6.4 Hệ số k j phản ánh sự thay đổi của áp lực gió tại tầng thứ j theo độ cao z, được tra cứu trong bảng 5 Hệ số khí động c được lấy từ bảng 6 của tiêu chuẩn, với giá trị c = 0,8 cho gió đẩy và c = 0,6 cho gió hút.
Tải trọng gió tính toán thành phần tĩnh tại mức sàn thứ j sẽ là:
W j T – Tải trọng gió tĩnh đẩy tiêu chuẩn (T/m)
H j – Chiều cao đón gió chất vào mức sàn thứ j H j = (h j + h i+1 )/2 γ – Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, γ=1,2
BẢNG 2-4 : BẢNG TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH
Tổ hợp tải trọng
Các tổ hợp các hệ quả của tải trọng đƣợc tính toán theo TCVN 5574-2012, cụ thể nhƣ sau:
Gió đẩy Gió hút Gió đẩy Gió hút
Tải trọng gió tính toán Áp lực gió (Wo) Hệ số K Hệ số tin cậy (ᵧ) Chiều cao đón gió (Hj)
TẢI TRỌNG GIÓ PHÂN BỐ LÊN CÁC TẦNG
Chiều cao tầng công dồn
- TH 6: Tổ hợp BAO (TH 1÷ TH5)
- GX: Gió đẩy theo phương X
-GXX Gió hút theo phương X
- GY: Gió đẩy theo phương Y
- GYY: Gió hút theo phương Y
Giá trị nội lực gió đƣợc mô hình hóa trong phần mềm Etabs và đƣợc thể hiện trong các Hình A.5, A.6, A.7, A.8.Phụ lục A.
THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN NGẦM
Điều kiện địa chất công trình
Số liệu địa chất công trình đƣợc xây dựng dựa trên kết quả của thí nghiệm khoan tiêu chuẩn SPT
Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất đƣợc ghi trong bảng 3.1
Bảng 3.1: Chỉ tiêu cơ lý của đất
Bề dày lớp (m) Độ sâu đáy lớp (m)
5 Cát chặt vừa, hạt mịn 9,2 31,65 24 38°,40‟ 1,88 14800 -
7 Cuội sỏi, chặt, hạt to 6,5 47,05 41 39°,40‟ 1,98 40800 -
N - Giá trị xuyên SPT (Búa);
- Góc nội ma sát theo tiêu chuẩn;
- Dung trọng tự nhiên của đất (T/m 3 );
E 0 - Môđun biến dạng (T/m 2 ); c - Lực dính kết tiêu chuẩn (T/m 2 )
Nền đất khu vực công trình bao gồm các lớp đất có thành phần và trạng thái nhƣ hình 3.1:
Hình 3.1: Địa chất của công trình
Từ trụ địa chất ta thấy:
Lớp đất 1, 2, 3 là các lớp đất yếu không đủ khả năng chịu lực;
Lớp đất 4 có bắt đầu khả năng chịu đƣợc tải trọng công trình truyền xuống;
Lớp đất 5, 6 có khả năng chịu tải tương đối tốt
Lớp đất 7, 8 có khả năng chịu tải rất tốt.
Lập phương án kết cấu ngầm cho công trình
Do điều kiện địa chất của công trình và vị trí thi công tại nội thành thành phố Thái Nguyên, việc sử dụng cọc đóng là không được phép Thay vào đó, có thể áp dụng phương án móng cọc nhồi hoặc móng cọc ép, phù hợp với khả năng thi công hiện nay.
Phương án dùng móng cọc ép mũi cọc được đặt vào lớp đất cuối cùng
Cọc ép trước có nhiều lợi ích, bao gồm giá thành hợp lý và khả năng thi công trong các điều kiện xây chen mà không gây chấn động cho các công trình lân cận Quy trình thi công đơn giản, cho phép kiểm tra chất lượng từng đoạn cọc thông qua lực ép, đồng thời xác định sức chịu tải của cọc qua lực ép cuối cùng.
Cọc ép trước có nhược điểm về kích thước và sức chịu tải hạn chế do tiết diện cọc nhỏ và chiều dài không thể mở rộng Thiết bị thi công cọc cũng bị giới hạn hơn so với các công nghệ khác, dẫn đến thời gian thi công kéo dài và dễ gặp phải độ chối giả khi đóng Điều này tạo ra nhiều khó khăn cho quy mô của công trình.
Móng cọc khoan nhồi mũi cọc được đặt vào lớp đất cuối cùng mang lại nhiều ưu điểm nổi bật Cọc khoan nhồi có khả năng đạt chiều sâu hàng trăm mét, không bị hạn chế như cọc ép, giúp phát huy tối đa đường kính và chiều dài cọc Loại cọc này có khả năng tiếp nhận tải trọng lớn và xuyên qua các lớp đất cứng, đồng thời đường kính lớn của cọc cũng làm tăng độ cứng ngang cho công trình.
Cọc khoan nhồi giúp khắc phục nhược điểm về tiếng ồn và chấn động, bảo vệ công trình xung quanh Với khả năng chịu tải trọng lớn, cọc khoan nhồi ít gây rung động cho nền đất, đồng thời hỗ trợ ổn định cho các công trình cao.
+ Giá thành móng cọc khoan nhồi tương đối cao
Công nghệ thi công cọc yêu cầu kỹ thuật cao và đội ngũ chuyên gia có kinh nghiệm Việc kiểm tra chất lượng bê tông cọc thường phức tạp và tốn kém, đặc biệt khi thi công qua các vùng có hang hốc hoặc đá nẻ, cần sử dụng ống chống để bảo vệ sau khi đổ bê tông, dẫn đến chi phí cao hơn.
+ Ma sát bên thân cọc có phần giảm đi đáng kể so với cọc đóng và cọc ép do công nghệ khoan tạo lỗ
+ Chất lượng cọc chịu ảnh hưởng nhiều của quá trình thi công cọc
+ Khi thi công công trình kém sạch sẽ khô ráo
Với quy mô công trình không phải là đặc biệt lớn và siêu cao tầng, việc sử dụng biện pháp móng cọc ép là lựa chọn hợp lý hơn, đáp ứng yêu cầu về sức chịu tải và khả năng thi công thực tế của công trình.
Tính toán cọc
Cường độ chịu nén bê tông cọc : R = 145 kG/cm 2 (B25)
Cường độ tính toán cốt thép cọc : R a = 2800 (CB240V) Thép M 1 nên ta dung M 2 để tính toán a a
+Lấy lớp bảo vệ của cọc la a‟=2,5cm
Chiều cao làm việc của cốt thép là h 0 0-2,5',5cm
Cốt thép dọc chịu mô men uốn của cọc là 222 có A s =7,6cm 2
Kết luận :cọc đủ khả năng chịu tải khi vận chuyển và cẩu lắp
+ Tính toán cốt thép làm móc cẩu :
Lực kéo của móc cẩu trong trường hợp cẩu lắp cọc:F k =ql/2
Lực kéo ở 1 nhánh,gần đúng:F‟ k =F k /2=ql/4=3,375.10/4= 1,685T
Diện tích cốt thép móc cẩu:F a =F‟ k /E s =1,685 2
Chọn thép làm móc cẩu 12 có F a =1, 13cm 2
3.6.2 Kiểm tra lún móng cọc
Để xác định khối m ng quy ước, cần tính toán độ lún của nền móng dựa trên độ lún của khối móng quy ước Chiều cao khối móng quy ước được tính từ đáy đài đến mũi cọc với góc mở Ma sát giữa diện tích xung quanh cọc và khối đất bao quanh giúp tải trọng móng được truyền xuống nền với diện tích lớn hơn, bắt đầu từ mép ngoài cọc biên tại đáy đài và mở rộng theo góc về mỗi phía.
Hình 3.8: Sơ đồ khối m ng quy ƣớc
* Diện tích đáy móng khối quy ƣớc xác định theo công thức: F qƣ
i trị tính toán thứ 2 của góc ma sát trong lớp thƣ i có chiều dày h i mà cọc đi qua
Momen chống uốn W x W y của khối móng quy ƣớc là:
*Tải trọng tính toán dưới đáy khối móng quy ước:
-Trọng lƣợng của đài và đất từ đáy đài trở lên:
-Trọng lƣợng khối đất từ mũi cọc tới đáy đài:
Lực tác dụng tại đáy khối móng quy ƣớc:
M tc = 1580 KNm Áp lực tính toán dưới đáy khối móng quy ước:
* Sức chịu tải của nền đất dưới đáy khối móng quy ước tính theo công thức của Terzaghi:
: dung trọng của đất tại đáy móng = 18.6 kN/m 3
Trọng lượng của đất từ đáy móng đến mặt đất tự nhiên là 18 kN/m³, với khoảng cách từ đáy móng đến mặt đất tự nhiên là 23,25 m, và lực dính của đất tại đáy móng được xác định là c = 0.
Như vậy nền đất dưới mũi cọc đảm bảo khả năng chịu lực
Kiểm tra độ lún của móng cọc là một bước quan trọng trong xây dựng Ứng suất gây lún trung bình tại đáy khối móng quy ước là 71,78 Đồng thời, áp lực tiêu chuẩn và ứng suất bản thân tại đáy khối móng cũng cần được xác định để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
(0,9+23,25)x1,88= 45,4 (T/m 2 ) Ứng suất gây lún trung bình tại đáy móng quy ƣớc: z o gl p tb bt
Z Bắt đầu tính từ mũi cọc trở xuống Điều kiện tắt lún:
Với lớp đất trên mực nước ngầm ta lấy theo tm
Với phía dưới mực nước ngầm ta phải xác định bh
: Dung trọng tự nhiên của lớp đất
0: Trọng lượng riêng của nước tiêu chuẩn 0 = 0,981 (T/m 3 )
h : Trọng lƣợng thể tích của hạt h . 0 (T/m 3 )
Kết quả tính lún đƣợc lập theo bảng sau:
3.6.3 Lập mặt bằng kết cấu móng cho công trình
Dựa trên kết quả tính toán số lượng cọc và kích thước giằng móng, chúng ta tiến hành thiết kế mặt bằng kết cấu móng cho công trình Bản vẽ chi tiết mặt bằng kết cấu móng được thể hiện trong tài liệu KC
Tính toán thiết kế cốt thép đài, giằng
Việc tính toán và bố trí cốt thép cho đài móng được thực hiện thông qua phần mềm Safe phiên bản 12.3.2 và Excel Kết quả tính toán cốt thép đài móng được trình bày trong bảng B5, B6, B7, trong khi kết quả tính toán cốt thép giằng móng có trong bảng B8 của phần phụ lục Biểu đồ mômen của đài móng theo hai phương x và y được thể hiện trong hình B.4 và B.5 trong phần phụ lục.
Việc tính toán cốt thép giằng móng được thực hiện dựa trên nội lực từ phần mềm Etabs, với kết quả thể hiện trong bảng B.8 của phần phụ lục Sơ đồ giằng móng và biểu đồ mômen tương ứng trong Etabs được trình bày trong hình B.6 và B.7.
Bản vẽ chi tiết thép đài móng và giằng móng đƣợc thể hiện trong bản vẽ KC…
THIẾT KẾ KẾT CẤU THÂN
Cơ sở lý thuyết tính cột bê tông cốt thép
Cột trong công trình là cột chữ nhật chịu nén lệch tâm xiên Nội lực tác dụng theo các phương như sau:
Nz – Lực nén dọc trục;
My – Mô men uốn nằm trong mặt phẳng khung;
Mx – Mô men uốn nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng khung
Hình 4.1: Mô hình biểu diễn nội lực trong cột
Trục x là trục theo phương cạnh dài công trình, trục y là trục theo cạnh ngắn công trình
Tính toán cốt thép cho cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên theo tài liệu
Bài viết "Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép" của Gs Nguyễn Đình Cống trình bày phương pháp tính toán cốt thép gần đúng, chuyển đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương Phương pháp này dựa trên nguyên tắc trong tiêu chuẩn BS8110 của Anh và ACI 318 của Mỹ Tác giả đã áp dụng các nguyên tắc này để phát triển công thức và điều kiện tính toán phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam (TCXDVN 356-2005).
4.1.1 Tính toán tiết diện chữ nhật
Xét tiết diện có cạnh C x ,C y Điều kiện để áp dụng phương pháp gần đúng là:
Cốt thép được phân bố đều theo chu vi, với mật độ cốt thép ở cạnh b có thể lớn hơn so với các cạnh khác Cạnh b được giải thích trong bảng mô hình tính.
Tiết diện chịu lực nén N, mômen uốn M x , M y , độ lệch tâm ngẫu nhiên e ax , e ay
Sau khi xét uốn dọc theo hai phương, tính được hệ số x ,
Tùy thuộc vào mối quan hệ giữa các giá trị M x1 và M y1 với kích thước các cạnh, chúng ta sẽ áp dụng một trong hai mô hình tính toán theo phương x hoặc y Các điều kiện và ký hiệu được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 4.1: Mô hình tính toán cột BTCT tiết diện chữ nhật
Mô hình Theo phương x Theo phương y Điều kiện x 1 y 1 x y
Giả thiết chiều dày lớp đệm a, tính h 0 h a; Z h 2a chuẩn bị các số liệu
R b ,R s , R sc , R như đối với trường hợp nén lệch tâm phẳng Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng:
Tính mômen tương đương (đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệch tâm phẳng)
N ; Với kết cấu tĩnh định: e 0 e 1 e a
Tính toán độ mảnh theo hai phương x ox ; y x l
Dựa vào độ lệch tâm e 0 và giá trị x 1 để phân biệt các trường hợp tính toán
Trường hợp 1: Nén lệch tâm rất bé khi 0
h tính toán gần nhƣ nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm e :
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm:
Khi 14 lấy 1 ; khi 14 104 lấy theo công thức sau:
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc A st : e b e st sc b
Cốt thép đƣợc chọn đặt đều theo chu vi (mật độ cốt thép trên cạnh b có thể lớn hơn)
h đồng thời x 1 R h 0 Tính toán theo trường hợp nén lệch tâm bé Với mức độ gần đúng, có thể tính x theo công thức sau:
Diện tích toàn bộ cốt thép A st tính theo công thức:
h đồng thời x 1 R h 0 Tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn Lấy k = 0,4, tính A st theo công thức sau:
Cốt thép đƣợc đặt theo chu vi, trong đó cốt thép đặt theo cạnh b có mật độ lớn hơn hoặc bằng mật độ cốt thép theo cạnh h
4.1.2 Tính toán tiết diện vuông
Tiết diện vuông chịu nén lệch tâm xiên có thể đƣợc tính toán nhƣ đối với tiết diện chữ nhật nhƣ đã trình bày ở mục 3.1.1
Đối với tiết diện vuông có cốt thép phân bố đều quanh chu vi với số lượng từ 12 thanh trở lên (12, 16, 20,…), có thể tính gần đúng bằng cách quy về tiết diện tròn với đường kính D = 1,05 × Cx Tính toán cần xem xét lực nén N và mômen tổng M = Mx² + My².
Tính toán theo tiết diện tròn cốt thép A st , chọn và bố trí cốt thép cho tiết diện vuông
4.1.3 Đánh giá và xử lý kết quả
Giá trị A st được xác định thông qua các công thức có thể mang giá trị dương, âm, lớn hoặc nhỏ Để đánh giá tính hợp lý, cần xem xét tỉ lệ cốt thép s A st.
A với A C x C y b h Tùy theo kết quả tính được mà có cách đánh giá và xử lý như đối với trường hợp nén lệch tâm phẳng.
Cơ sở lý thuyết cấu tạo cột bê tông cốt thép
Tiết diện ngang của cấu kiện chịu nén thường có dạng hình vuông, chữ nhật, tròn, đa giác đều hoặc chữ I, chữ T
Trong cấu kiện chịu nén cần đặt khung cốt thép gồm các cốt thép dọc và cốt thép ngang (hình 4.2a)
4.2.1 Cốt thép dọc chịu lực Đó là các cốt thép đƣợc kể đến khi xác định khả năng chịu lực của cấu kiện Cốt thép dọc chịu lực thường dung các thanh có đường kính 12 40 Khi cạnh tiết diện lớn hơn 200mm thì nên chọn 16
Trong cấu kiện nén đúng tâm, cốt thép dọc đƣợc đặt đều theo chu vi (hình 3.1b)
Trong cấu kiện nén lệch tâm, cốt thép dọc chịu lực cần được bố trí theo cạnh b, chia thành hai phần: A s và A s Phần cốt thép A s nằm gần điểm đặt lực N và chịu nén nhiều hơn, trong khi A s ở phía đối diện chịu kéo hoặc nén ít hơn Trường hợp A s = A s là cốt thép đối xứng, còn A s A s là cốt thép không đối xứng.
Cốt thép dọc chịu lực trong cấu kiện cột BTCT được đặt đối xứng để đơn giản hóa thi công Việc này đặc biệt hợp lý khi cấu kiện chịu mômen đổi dấu có giá trị gần bằng nhau, đảm bảo hiệu quả trong việc chịu lực.
Khi tính toán cốt thép không đối xứng cho một cặp nội lực M và N đã biết, thường kết quả cho thấy tổng lượng cốt thép ít hơn so với tính toán cốt thép đối xứng Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, sự chênh lệch này lại không đáng kể.
Chỉ nên sử dụng cốt thép không đối xứng trong những trường hợp đặc biệt khi cấu kiện chịu mômen không đối dấu, hoặc khi mômen theo chiều này lớn hơn đáng kể.
M theo chiều kia) và việc tính toán chứng tỏ rằng nếu đặt cốt thép không đối xứng sẽ có hiệu quả tiết kiệm đáng kể Đặt
là tỉ số phần trăm cốt thép Giá trị và
không bé hơn min Theo TCVN 1651-2008 và TCVN 5574-2012, giá trị min lấy theo độ mảnh l 0
Bảng 4.2: Giá trị tỉ số cốt thép tối thiểu
Khi chƣa sử dụng quá 50% khả năng chịu lực của cấu kiện thì min 0,05% không phụ thuộc độ mảnh
Trong những trường hợp đặc biệt, tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm có thể được bố trí cốt thép dọc đều theo chu vi Việc này giúp tăng khả năng chịu uốn của cấu kiện theo cả hai phương, đồng thời tránh việc tập trung quá nhiều thép ở một cạnh, từ đó giảm khó khăn trong thi công.
Gọi A st là diện tích tiết diện toàn bộ cốt thép dọc chịu lực Đặt t st b
Diện tích tính toán của tiết diện bê tông được ký hiệu là A b, với A st là tổng diện tích cốt thép, được tính bằng A s cộng với A s trong cấu kiện nén lệch tâm có cốt thép đặt theo cạnh b Đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm có cốt thép đặt theo chu vi hoặc cấu kiện nén trung tâm, A b sẽ bằng diện tích tiết diện.
Nên hạn chế tỉ số cốt thép t
Giá trị 0 được xác định là 2 min, trong khi giá trị max phụ thuộc vào cách sử dụng vật liệu Để hạn chế việc sử dụng thép, người ta quy định max là 3% Tuy nhiên, để đảm bảo sự tương tác hiệu quả giữa thép và bê tông, giá trị max thường được lấy là 6%.
4.2.2 Cốt thép dọc cấu tạo
Khi sử dụng cấu kiện nén lệch tâm với chiều cao h > 500mm, cần đặt cốt thép dọc cấu tạo ở giữa cạnh h để chịu ứng suất do bê tông co ngót và thay đổi nhiệt độ, đồng thời giữ ổn định cho các nhánh cốt thép đai dài Cốt thép cấu tạo không tham gia vào tính toán khả năng chịu lực, có đường kính tối thiểu 12mm và khoảng cách theo phương cạnh h không vượt quá 500mm Nếu đã lắp đặt cốt thép dọc chịu lực theo chu vi, việc lắp đặt cốt thép dọc cấu tạo sẽ không còn cần thiết.
Hình 4.3: Cốt thép dọc cấu tạo và cốt thép đai
Cốt thép ngang, hay còn gọi là cốt đai, có vai trò quan trọng trong việc giữ vị trí của cốt thép dọc trong quá trình thi công, đồng thời đảm bảo sự ổn định cho cốt thép dọc chịu nén Trong những trường hợp đặc biệt, khi cấu kiện phải chịu lực cắt lớn, cốt đai cũng tham gia vào việc chịu lực cắt Đường kính tối đa của cốt đai cần được xem xét để đảm bảo hiệu quả chịu lực.
Khoảng cách cốt đai a đ k min và a 0
max, min - đường kính cốt thép dọc chịu lực lớn nhất, bé nhất
Khi R sc 400 MPa lấy k = 15 và a 0 500 mm;
Nếu tỉ lệ cốt thép dọc 1,5% cũng nhƣ khi toàn bộ tiết diện chịu nén mà t 3%
Trong đoạn nối chồng thép dọc, khoảng cách a đ 10
Cốt thép đai cần bao quanh toàn bộ cốt thép dọc để giữ cho chúng không bị phình ra theo bất kỳ hướng nào Để đạt được điều này, các cốt thép dọc (tối thiểu một thanh) phải được đặt vào các vị trí uốn của cốt thép đai, với khoảng cách giữa các chỗ uốn không vượt quá 400 mm theo cạnh tiết diện Nếu chiều rộng tiết diện không lớn hơn 400 mm và có không quá 4 thanh cốt thép dọc trên mỗi cạnh, có thể sử dụng một cốt thép đai duy nhất bao quanh toàn bộ cốt thép dọc.
4.3 Áp dụng tính toán bố trí cốt thép cấu kiện cột
4.3.1 Bố trí cốt thép dọc cấu kiện cột
Với mỗi nhóm cột đã kí hiệu trong mặt bằng định vị cột, vách (xem bản vẽ KC-
01) ta chọn ra từ một đến hai cột điển hình có nội lực lớn nhất để tính thép Đối với mỗi loại tổ hợp tải trọng (Combo), ta tính toán cho hai vị trí là đầu và cuối cột
Tính toán thép cho cột theo tiêu chuẩn TCVN 1651-2008 và TCVN 5574-2012 yêu cầu các thông số vật liệu phải tuân thủ các giá trị quy định trong tiêu chuẩn này.
Bê tông sử dụng: Bê tông cấp độ bền B25 có:
Cường độ tính toán chịu nén - R b = 14,5MPa = 1450T/m 2 ;
Cường độ tính toán chịu kéo - Rbt = 1,05MPa = 105T/m 2
Cốt thép: Cốt thép loại CB400V có:
Cường độ tính toán chịu kéo, nén - R s =R sc = 365Mpa;
Cường độ tính toán chịu cắt - Rsw = 225Mpa
Với mỗi nhóm cột có 5 tổ hợp nội lực ta tính toán từng tổ hợp và sau đó chọn thép cột theo tổ hợp cho lƣợng thép lớn nhất
Tính toán cốt thép cho nhóm cột C3(40x40) Ta tính toán cho tổ hợp 1 tại vị trí chân cột có :
Kích thước cột: l = 3,6 m ; tiết diện C y xC x = 400x500mm
Xác định ảnh hưởng của uốn dọc
+ Độ lệch tâm ngẫu nhiên: ax ay l b 3600 400 e Max ; Max ; 13mm
+ Độ mảnh của cột: theo 2 phương: y o y l
Chiều dài tính toán của cột trong khung nhiều tầng được xác định dựa vào kết cấu công trình, với liên kết cứng giữa dầm và cột Cột được đổ toàn khối với dầm sàn, theo quy định tại 6.2.2.16-TCXDVN 356-2005, chiều dài tính toán l o được tính bằng công thức l o = 0,7.l, với l = 4200mm, dẫn đến l o = 2940mm.
bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc (=1,00) y1 y
C 400 C 500 tính theo phương Y b = C x = 500 mm; h = C y = 400 mm
Tính diện tích cốt thép
Giả thiết a = 40mm h o = 500 - 40 = 460mm Đặt M1 = M x1 = 0,9 T.m ; M 2 = M y1 = 2,004 T.m
+ Độ lệch tâm ngẫu nhiên: e a e ax 0, 2.e ay 13 0, 2.16,7 16,34mm
+ Chiều cao của vùng bê tông chịu nén:
+ Mômen tương đương (đổi lệch tâm xiên thành lệch tâm phẳng)
+ Độ lệch tâm tĩnh học: 1 M 1,902 e 0,0053(m)
Với kết cấu siêu tĩnh: e o = Max(e ;e ) Max(5,3;16,34) 16,34mm 1 a
Lệch tâm rất bé Tính toán gần nhƣ nén đúng tâm
+ Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm: e
+ Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm: e
+ Tổng diện tích cốt thép: e b e 2 st sc b
+ Hàm lƣợng tổng cốt thép: st
Vậy đặt thép chịu lực: Chọn12 18 Có A s 30,54( cm 2 )
Hàm lƣợng cốt thép: st
Việc tính toán cốt thép cho cột được thực hiện bằng cách sử dụng nội lực chân cột từ phần mềm Etabs, và kết quả tính toán được tổng hợp trong các bảng B.1, B.2, B.3, B.4 trong phụ lục B.
Cơ sở lý thuyết tính dầm bê tông cốt thép
Bài toán yêu cầu tính toán cho dầm BTCT có tiết diện chữ nhật với cốt đơn, trong đó cốt thép A s chỉ được đặt ở vùng chịu kéo.
Trong trường hợp phá hoại dẻo, sơ đồ ứng suất được sử dụng để tính toán tiết diện theo trạng thái giới hạn như sau: Ứng suất trong cốt thép chịu kéo A s đạt cường độ chịu kéo tính toán R s, trong khi ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt cường độ chịu nén tính toán R b Sơ đồ ứng suất có hình dạng chữ nhật, và vùng bê tông chịu kéo không được tính cho chịu lực do đã xuất hiện nứt.
Hình 4.4: Sơ đồ ứng suất của tiết diện có cốt đơn 4.4.2 Các công thức cơ bản
Vì hệ lực gồm có các lực song song nên chỉ có hai phương trình cân bằng có ý nghĩa độc lập
Tổng hình chiếu của các lực lên phương của trục dầm phải bằng không, do đó: b s s
Tổng mômen của các lực tác động lên trục đi qua điểm đặt hợp lực của cốt thép chịu kéo và vuông góc với mặt phẳng uốn cần phải bằng không.
Điều kiện cường độ khi tính toán theo trạng thái giới hạn được xác định bằng công thức M = R × b × (h - x), đảm bảo rằng tiết diện không vượt quá trạng thái giới hạn về cường độ.
Kết hợp (4-13) và (4-15), ta có:
Công thức (4-13) và (4-15) là các công thức cơ bản để tính toán cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn
Trong các công thức trên:
M – Mômen uốn lớn nhất mà cấu kiện phải chịu, do tải trọng tính toán gây ra;
Cường độ chịu nén tính toán của bê tông được ký hiệu là Rb, trong khi cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép là Rs Chiều cao của vùng bê tông chịu nén được ký hiệu là x, và bề rộng của tiết diện là b Chiều cao làm việc của tiết diện được tính bằng h0 = h – a, trong đó h là chiều cao của tiết diện và a là khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm của cốt thép chịu kéo.
A s – Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo
4.4.3 Điều kiện hạn chế Để đảm bảo xảy ra phá hoại dẻo thì cốt thép A s phải không đƣợc quá nhiều, tức là phải hạn chế A s và tương ứng với nó là hạn chế chiều cao vùng nén x (công thức 4-
13) Các nghiên cứu thực nghiệm cho biết trường hợp phá hoại dẻo sẽ xảy ra khi:
– Đặc trƣng tính chất biến dạng của vùng bê tông chịu nén:
(4-18) Ở đây: 0,85 đối với bê tông nặng, sẽ có giá trị khác đối với bê tông nhẹ và bê tông hạt nhỏ; R b – tính bằng MPa;
R s – Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép (MPa);
Ứng suất giới hạn của cốt thép trong vùng bê tông chịu nén, ký hiệu là sc u, đạt giá trị 500MPa khi bê tông đạt tới biến dạng cực hạn đối với tải trọng thường xuyên, cũng như tải trọng tạm thời dài hạn và ngắn hạn Đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn và tải trọng đặc biệt, ứng suất giới hạn này giảm xuống còn 400MPa.
Các giá trị R đối với một số trường hợp cụ thể sẽ có những giá trị khác nhau
là hàm lƣợng cốt thép thì hàm lƣợng cốt thép cực đại của tiết diện sẽ là: max b R s
Khi cốt thép trong bê tông quá ít, sẽ xảy ra hiện tượng phá hoại đột ngột (phá hoại giòn) ngay sau khi bê tông bị nứt, do toàn bộ lực kéo đều do cốt thép chịu trách nhiệm Để ngăn chặn tình trạng này, cần phải đảm bảo lượng cốt thép đủ trong cấu trúc.
Giá trị min được xác định dựa trên khả năng chịu mômen của dầm bê tông cốt thép, đảm bảo không thấp hơn khả năng chịu mômen của dầm bê tông không có cốt thép Đối với các cấu kiện chịu uốn, giá trị min thường được lấy là 0,05%.
Có thể áp dụng trực tiếp các công thức cơ bản (4-13) và (4-15) để tính toán cốt thép, diện tích bê tông hoặc khả năng chịu lực M gh của tiết diện Tuy nhiên, để thuận tiện cho việc tính toán bằng công cụ đơn giản, người ta thường chuyển đổi biến số và lập các bảng tính tương ứng.
h , các công thức cơ bản sẽ có dạng:
m ; 1 0,5 (4-23a) Điều kiện hạn chế có thể viết thành:
Cơ sở lý thuyết cấu tạo dầm bê tông cốt thép
Dầm là một cấu kiện có chiều cao và chiều rộng của tiết diện ngang nhỏ so với chiều dài Các tiết diện ngang của dầm thường gặp bao gồm hình chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang và hình hộp, trong đó tiết diện chữ nhật và chữ T là phổ biến nhất.
Chiều cao h của tiết diện được xác định là cạnh theo phương của mặt phẳng uốn, với tiết diện hợp lý có tỉ số h/b từ 1/2 đến 1/4 Chiều cao h thường được lựa chọn trong khoảng từ 1/8 đến 1/20 của nhịp dầm Khi xác định kích thước b và h, cần xem xét yêu cầu kiến trúc và việc định hình ván khuôn.
Hình 4.5: Các dạng tiết diện dầm
Cốt thép trong dầm gồm có cốt dọc chịu lực, cốt dọc cấu tạo, cốt đai và cốt xiên (hình 4.5)
Hình 4.6: Các loại cốt thép trong dầm
Cốt đai hai nhánh; b) Cốt đai một nhánh; c) Cốt đai bốn nhánh;
1 – Cốt dọc chịu lực; 2 – Cốt cấu tạo; 3 – Cốt xiên; 4 – Cốt đai
Cốt dọc chịu lực thường được đặt ở vùng kéo của dầm, nhưng cũng có thể xuất hiện ở vùng nén Diện tích tiết diện ngang của cốt dọc được xác định dựa trên trị số mômen uốn, với đường kính thường dao động từ 10 đến 30 mm Số lượng thanh trong tiết diện phụ thuộc vào diện tích yêu cầu và chiều rộng của tiết diện dầm.
Đối với kích thước từ 15 cm trở lên, cần ít nhất hai thanh cốt dọc, trong khi với bề rộng nhỏ hơn có thể sử dụng một cốt Các cốt dọc chịu lực có thể được bố trí thành một hoặc nhiều lớp và phải tuân thủ các nguyên tắc cấu tạo.
Cốt dọc cấu tạo có thể là:
Cốt giá được sử dụng để giữ vị trí của cốt đai trong quá trình thi công, đặc biệt đối với dầm chỉ cần đặt cốt dọc chịu kéo theo tính toán Nó cũng giúp chịu các ứng suất do co ngót và nhiệt độ Thông thường, cốt thép có đường kính từ 10 đến 12mm được sử dụng cho mục đích này.
Khi chiều cao của tiết diện dầm vượt quá 70cm, cần bổ sung cốt thép phụ vào mặt bên của tiết diện Những cốt thép này có nhiệm vụ chịu ứng suất do co nhót và nhiệt độ, đồng thời giữ cho khung cốt thép không bị lệch trong quá trình đổ bê tông.
Tổng diện tích của cốt cấu tạo nên lấy khoảng 0,1% đến 0,2% diện tích của sườn dầm
Cốt xiên và cốt đai có vai trò quan trọng trong việc chịu nội lực cắt Q, với cốt đai kết nối vùng bê tông chịu nén và kéo để đảm bảo tiết diện chịu mômen Góc nghiêng của cốt xiên thường là 45 độ; tuy nhiên, đối với dầm cao trên 80 cm, góc này là 60 độ, còn đối với dầm thấp và bản thì là 30 độ Đường kính cốt đai thường từ 6 đến 10mm, và khi chiều cao dầm đạt 80 cm trở lên, cần sử dụng cốt đai có đường kính 8mm hoặc lớn hơn Cốt đai có thể có một, hai hoặc nhiều nhánh, và khoảng cách cũng như diện tích cốt xiên và cốt đai được xác định dựa trên tính toán kỹ thuật.
Áp dụng tính toán bố trí cốt thép cấu kiện dầm
4.6.1 Bố trí cốt thép dọc cấu kiện dầm
Dựa vào nội lực từ phần mềm Etabs, chúng tôi đã xác định ba tổ hợp tải trọng lớn nhất tại ba vị trí của dầm (bao gồm hai gối và nhịp giữa) để tính toán thép cho dầm chính của tầng điển hình Cụ thể, chúng tôi áp dụng tính toán cốt thép cho dầm DC-1 tại tầng 1 với các thông số đầu vào đã được xác định.
Bê tông sử dụng: Bê tông cấp độ bền B25 có:
Cường độ tính toán chịu nén - Rb = 14,5MPa = 1450T/m 2 ;
Cường độ tính toán chịu kéo - R bt = 1,05MPa = 105T/m 2
Cốt thép: Cốt thép loại CB400V có:
Cường độ tính toán chịu kéo, nén - R s =R sc = 365Mpa;
Cường độ tính toán chịu cắt - Rsw = 225Mpa
Chiều cao dầm h = 60cm Bề rộng dầm b 0cm
Khoảng cách từ tâm cốt thép chịu kéo đến biên cấu kiện là a = 2cm
+ Tính toán cốt thép dọc dầm DC-1 (30x60 cm)
Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra nội lực nguy hiểm nhất cho dầm:
Tính cốt thép cho momen âm
Tính theo tiết diện hình chữ nhật: bxh = 0,3x0,75 m
Giả thiết lớp bảo vệ : a = 0,02m: h o = h – a = 0,75– 0,02 = 0,73 m
-Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép:
A s = 21,25 cm 2 = > chọn 2ỉ18 và 16 ỉ20 ( A s chọn = 22,37cm 2 )
Hình 4.7 Sơ đồ bố trí thép chịu momen âm
Tính cốt thép cho momen dương dầm DC-5 (30x75)cm
Tính theo tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén với h ‟ f = 10cm Giả thiết lớp bảo vệ : a = 0,02m: h o = h – a = 0,75 – 0,02 = 0,73m
Giá trị độ vươn của cánh S c lấy bé hơn trị số sau:
-Một nửa khoảng cách thông thủy giữa các sườn dọc: 0,75.(9-0,3) = 6,525 m
Có M max 38,3 T m M f 193,545 T m => trục trung hòa đi qua cánh
-Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép:
A s = 18,98.10 -4 m 2 = 18,98 cm 2 = > chọn 4 25 ( A s chọn = 19,63 cm 2 ) bố trí thép
Vậy chọn thép cho dầm DC-5 là ( A s chọn = 19,63 cm 2 )
Trong thiết kế cốt thép cho dầm, việc bố trí cốt thép đai cần được thực hiện dựa trên lực cắt lớn nhất để đảm bảo tính đơn giản trong thi công Các dầm còn lại sẽ được bố trí cốt thép tương tự, giúp tối ưu hóa quá trình xây dựng.
Lực cắt lớn nhất trong các dầm: Q max = -26,4 (T)
Kiểm tra điều kiện đảm bảo bê tông không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng theo ứng suất nén chính:
Hệ số k 0 = 0,3 với bê tông cấp độ bền B25
Q max = 26,4(T) < 75,555 (T) Thoã mãn điều kiện
Kiểm tra điều kiện bê tông có đủ khả năng chịu cắt không:
Hệ số k 1 = 0,6 đối với dầm
Như vậy, bê tông không đủ khả năng chịu cắt dưới tác dụng của ứng suất nghiêng Ta cần phải tính toán cốt đai
Chọn đường kính cốt đai là 8 thép CII, có diện tích tiết diện là f a = 0,50310 -4 m 2 ,
Khoảng cách cốt đai đƣợc lấy nhƣ sau: max tt ct u u u u
Khoảng cách tính toán của cốt đai:
Khoảng cách cực đại giữa hai cốt đai:
Khoảng cách cấu tạo của cốt đai:
Vậy chọn cốt đai cho dầm là 8a150, đoạn giữa dầm đặt 8a200
Chi tiết cốt thép dầm được thể hiện trong bản vẽ KC-04.