GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH VÀ GIẢI PHÁP XÂY DỰNG
Đặc điểm khu vực xây dựng công trình
Thành phố Hà Nội đang trở thành trung tâm phát triển mạnh mẽ của Việt Nam, với sự gia tăng nhanh chóng của các công trình đô thị và tòa nhà cao tầng Một trong những dự án nổi bật là tòa nhà Viettel, được xây dựng tại khu công nghệ cao Hòa Lạc, thuộc xã Tân Xã, huyện Thạch Thất, Hà Nội.
Công trình được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu việc làm cho nhiều người tại Thành phố Hà Nội, đồng thời góp phần tạo nên vẻ mỹ quan cho thành phố.
Vì vậy, việc xây dựng công trình này là cần thiết đối với nhu cầu phát triển kinh tế và cảnh quan đô thị thành phố hiện nay.
Các giải pháp kiến trúc
1.2.1 Giải pháp về mặt bằng
Tòa nhà được thiết kế chuyên biệt cho các không gian văn phòng, phòng làm việc và phòng họp, với giải pháp mặt bằng tối ưu nhằm đảm bảo sự kín đáo, yên tĩnh và bảo mật cho từng khu vực.
Tầng 1 là tầng kinh doanh dịch vụ phục vụ cho nhu cầu để xe, phòng kĩ thuật, bảo vệ và khu vực phục vụ cho các cán bộ nhân viên trong những ngày ở lại trực và làm việc cả ngày tại cơ quan
Không gian mặt bằng của công trình được phân chia bằng các khối tường xây dựng, đảm bảo điều kiện làm việc thông thoáng Mỗi phòng ban đều có phòng họp, phòng làm việc chung và phòng riêng được bố trí hợp lý.
Mặt bằng công trình vận dụng theo kích thước hình khối của công trình Mặt bằng thể hiện tính chân thực trong tổ chức dây chuyền công năng
Mặt bằng công trình được thiết kế dựa trên công năng của dây chuyền, trong đó phòng làm việc đóng vai trò chính Kiến trúc mặt bằng được thiết kế thông thoáng, đơn giản nhưng vẫn linh hoạt và đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cần thiết.
Công trình nhà cao tầng được thiết kế với sảnh lớn ở giữa, tạo điều kiện thuận lợi cho giao thông từ bên ngoài vào bên trong Xung quanh tòa nhà có các đường giao thông, với lối đi dành cho người đi bộ và phương tiện từ các nhà để xe Cầu thang bộ được bố trí ở hai bên tòa nhà, trong khi thang máy nằm ở trung tâm, đảm bảo sự thuận tiện trong quá trình lưu thông.
Các phòng ban được bố trí hợp lí tạo nên sự thông thoáng cho công trình
Các sảnh hành lang tạo không gian lan tỏa đến các phòng, giúp tất cả các phòng đều được chiếu sáng tự nhiên nhờ tiếp xúc với không gian bên ngoài Không gian giao thông được tối ưu hóa với sự kết hợp giữa cầu thang bộ và cầu thang máy.
Hình 1.1 Mặt bằng tầng điển hình
1.2.2 Giải pháp về mặt đứng
Mặt đứng của công trình thể hiện kiến trúc bên ngoài, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên vẻ đẹp trang nhã và uy nghi cho công trình.
Tỷ lệ chiều rộng và chiều cao hợp lý của công trình không chỉ tạo nên vẻ hài hòa cho tổng thể kiến trúc mà còn giúp công trình hòa quyện với các công trình lân cận Bên cạnh đó, những ô cửa kính được thiết kế tinh tế cũng góp phần làm nổi bật vẻ đẹp của công trình.
Các chi tiết như gạch ốp và màu cửa kính tạo nên vẻ đẹp hiện đại cho công trình Hệ thống giao thông đứng bao gồm 2 thang máy và 2 thang bộ, được đặt tại nút giao thông chính và liên kết với các tuyến giao thông ngang Bên cạnh đó, hệ thống thang còn kết hợp với các kỹ thuật điện và xử lý rác thải, đảm bảo sự tiện nghi và hiện đại cho toàn bộ công trình.
Tất cả hợp lại tạo nên cho mặt đứng công trình một dáng vẻ hiện đại, tạo cho con người một cảm giác thoải mái
Công trình gồng cao 38.7m với 11 tầng được thiết kế phù hợp với công năng sử dụng Kiến trúc thẳng kết hợp vật liệu kính tạo nên vẻ hiện đại, hòa quyện với cảnh quan xung quanh.
Hình 1.2 Mặt đứng công trình
1.2.3 Giải pháp về mặt cắt
Tầng 1 có chiều cao 4m, được thiết kế với các quầy giao dịch cần không gian rộng rãi và thẩm mỹ, sử dụng tấm nhựa Đài Loan để che các dầm đỡ, tạo nên vẻ hiện đại Các tầng từ tầng 3 trở lên có chiều cao 3,4m.
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 bảo đảm vệ sinh và sức khỏe cho con người trong quá trình làm việc và nghỉ ngơi.
Các phòng trong công trình đều được trang bị cửa sổ để thông gió tự nhiên Ngoài ra, mỗi căn hộ còn có quạt hoặc điều hòa không khí nhằm đảm bảo thông gió nhân tạo trong mùa hè.
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 được lấy ánh sáng tự nhiên thông qua hệ thống sổ, cửa kính và cửa mở ra ban công
Chiếu sáng nhân tạo: Được tạo ra từ hệ thống bóng điện lắp trong các phòng và tại hành lang, cầu thang bộ, cầu thang máy
1.3.2 Giải pháp cung cấp điện
Lưới cung cấp và phân phối điện 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 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 dây dẫn ra đèn phải có tiếp diện tối thiểu 1,5mm².
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, giúp đảm bảo an toàn cho nguồn điện Việc điều khiển ánh 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 sử dụng.
1.3.3 Giải pháp hệ thống chống sét và nối đất
Hệ thống chống sét cho công trình bao gồm các kim thu sét bằng thép có đường kính 16mm và chiều dài 600mm, được lắp đặt trên các kết cấu nhô cao và đỉnh mái nhà Các kim thu sét được kết nối với nhau và nối với đất bằng thép có đường kính 10mm Cọc nối đất sử dụng thép góc 65x65x6 với chiều dài 2,5m, trong khi dây nối đất được làm từ thép dẹt 40x4 Hệ thống nối đất đảm bảo có điện trở nhỏ hơn 10Ω.
Hệ thống nối đất an toàn cho thiết bị điện cần được thiết lập độc lập với hệ thống nối đất chống sét, với điện trở nối đất đảm bảo nhỏ hơn 4Ω Tất cả các kết cấu kim loại, khung tủ điện và vỏ hộp Aptomat phải được liên kết chặt chẽ với hệ thống này để đảm bảo an toàn tối đa.
1.3.4 Giải pháp cấp thoát nước
Hệ thống cấp nước thành phố cung cấp nước qua đường ống dẫn đến các bể chứa trên mái nhà, sử dụng thiết kế mạch vòng và máy bơm để bơm nước trực tiếp lên bể và phân phối cho các căn hộ Để đảm bảo áp lực nước, ống cấp nước được làm từ thép tráng kẽm, trong khi ống nước trong nhà được lắp đặt ngầm trong tường và hộp kỹ thuật Trước khi đưa vào sử dụng, tất cả các đường ống đều phải trải qua quá trình thử áp lực và khử trùng, và các van, khóa cần phải là loại chịu áp lực.
Thoát nước: ao gồm thoát nước mưa và thoát nước thải sinh hoạt
Nước thải trong 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 phễu thu sàn, chậu rửa, tắm đứng, và bồn tắm được dẫn vào ống đứng thoát riêng, sau đó chảy vào hố ga và cuối cùng được đưa ra hệ thống thoát nước chung.
Phân từ các xí bệt được dẫn vào hệ thống ống đứng thoát riêng và lưu trữ trong 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 sênô 110 được sử dụng để thoát nước mưa, 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 tại các tòa nhà cao tầng là vô cùng quan trọng do mật độ người đông Để đảm bảo an toàn, mỗi tầng đều được trang bị bình cứu hỏa cầm tay và họng cứu hỏa kết nối trực tiếp với bể nước mái, giúp nhanh chóng dập tắt đám cháy ngay từ những giây phút đầu tiên.
Trong trường hợp cháy, việc thoát người an toàn được đảm bảo nhờ vào hệ thống giao thông ngang với hành lang rộng rãi và 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 tỷ lệ 1 thang máy và 1 thang bộ phục vụ cho 4 căn hộ mỗi tầng.
1.3.6 Các thông số, chỉ tiêu cơ bản
- Mật độ xây dựng được xác định bằng công thức: S xd /S
Trong đó: S xd – Diện tích xây dựng của công trình
S – Diện tích toàn khu đất, S= 3000m 2 ao gồm diện tích xây dựng công trình, đường giao thông, các khu vui chơi, giải trí …
Vậy ta có hệ số xây dựng là 980/3000 = 0,326 < 0,4 (0,4- hệ số xây dựng 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 - 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 =Rsc= 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 lượng nhẹ, để làm giảm trọng lượng 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 các mái tum trên 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 hiệu quả tối ưu cho công trình.
- Vật liệu dùng để trang trí kiến trúc, nội thất:
Cửa kính nhẹ nhưng vẫn đảm bảo độ bền cao, có khả năng chịu lực tốt trước các va đập mạnh từ gió và bão Ngoài ra, cửa kính còn có khả năng cách âm và cách nhiệt hiệu quả.
Gạch men ốp lát có khả năng chống trầy xước và sở hữu hoa văn nội thất hài hòa với màu sơn tường, góp phần tạo nên vẻ đẹp thẩm mỹ cho không gian nội thất.
+ Gỗ dùng làm cửa và nội thất bên trong phòng: Sử dụng các loại gỗ đặc chắc, không bị mối mọt, có thời gian sư dụng trên 30 năm
+ Sơn: Dùng sơn có khả năng chống được mưa bão, không bị thấm, không bị nấm mốc
- Ngoài những vật liệu đã nêu ở trên, công trình còn sử dụng các loại vật liệu chống thấm Sika , xốp cách nhiệt, …
Điều kiện khí hậu, thủy văn
Thành phố Hà Nội, nằm ở trung tâm đồng bằng sông Hồng, được coi là vùng đất địa linh nhân kiệt với nhiều điều kiện tự nhiên thuận lợi cho phát triển kinh tế, chính trị và văn hóa Quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa tại Hà Nội yêu cầu phân tích các thuận lợi và khó khăn về điều kiện tự nhiên, từ đó đề xuất các giải pháp hiệu quả nhằm phát triển đô thị bền vững.
Tài nguyên khí hậu của Hà Nội được hình thành bởi cơ chế nhiệt đới gió mùa, với mùa đông lạnh ít mưa và mùa hè nóng ẩm mưa nhiều Tổng lượng bức xạ hàng năm dưới 160 kcal/cm2 và khu vực này chịu tác động của khoảng 25-30 đợt gió lạnh Nhiệt độ trung bình hàng năm không dưới 23°C.
Mùa mưa ở Hà Nội diễn ra từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm khoảng 80% tổng lượng mưa hàng năm Ngược lại, mùa ít mưa kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, với tháng 12 hoặc tháng 1 là thời điểm có lượng mưa thấp nhất Hà Nội cũng có mùa đông lạnh rõ rệt, khác biệt so với các vùng phía Nam.
Hà Nội có hệ thống sông, hồ thuộc sông Hồng và sông Thái Bình, với mật độ phân bố không đều từ 0,1 đến 1,5 km/km2 Đặc trưng của địa hình Hà Nội là nhiều đầm hồ tự nhiên, tuy nhiên, do đô thị hóa và quản lý kém, nhiều ao hồ đã bị san lấp để xây dựng Hà Nội nổi bật với số lượng hồ, đầm phong phú, tạo nên cảnh quan sinh thái đẹp, góp phần điều hòa khí hậu khu vực và mang lại giá trị lớn cho du lịch, giải trí và nghỉ dưỡng.
Người Hà Nội đã khéo léo tận dụng các điều kiện tự nhiên thuận lợi và hạn chế những khó khăn trong mọi hoạt động kinh tế - xã hội, góp phần tạo nên nét văn hóa đặc trưng của thành phố Điều này cho thấy ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên đến công tác quy hoạch và quản lý lãnh thổ Hà Nội diễn ra ở nhiều mức độ, từ vi mô đến vĩ mô.
GIẢI PHÁP KẾT CẤU PHẦN THÂN VÀ TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH
Các giải pháp kết cấu
Để giảm thiểu chi phí xây dựng và đạt hiệu quả kinh tế cho công trình, việc lựa chọn sơ đồ kết cấu hợp lý là rất quan trọng Sơ đồ này cần đảm bảo các yêu cầu về kiến trúc và khả năng chịu lực, giúp công trình chống lại các điều kiện bất lợi từ môi trường bên ngoài.
2.1.1 Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản của nhà cao tầng
Hình 2.1 Phân loại hệ kết cấu chịu lực trong 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, thành chống, thanh giằng …
- 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 Hệ không gian này hoạt động như một kết cấu độc lập khi chịu tác động của tải trọng.
Hệ kết cấu chịu lực của nhà nhiều tầng là phần quan trọng của công trình, có chức năng nhận và truyền tải trọng xuống nền đất Hệ thống này bao gồm một hoặc nhiều cấu kiện cơ bản, đảm bảo tính ổn định và an toàn cho toàn bộ công trình.
2.1.1.2.Các hệ kết cấu chịu lực của nhà nhiều tầng
Hệ khung chịu lực (I): Hệ này được tạo bởi các thanh đứng (cột) và thanh ngang
Hệ kết cấu khung không gian được hình thành từ các khung phẳng liên kết với nhau bằng các thanh ngang, giúp khắc phục nhược điểm của hệ kết cấu tường chịu lực Mặc dù phương án này tạo ra không gian lớn, nhưng lại có nhược điểm là tiết diện cấu kiện lớn, do phải chịu tải trọng ngang lớn, dẫn đến độ cứng ngang thấp và chuyển vị ngang lớn Đồng thời, khả năng chịu tải trọng ngang của lõi cứng chưa được tận dụng hiệu quả.
Nhược điểm: Có dộ cứng uốn thấp theo phương ngang nên bị hạn chế sử dụng trong nhà có chiều cao trên 40m
Thường được áp dụng cho các mặt bằng có dạng hình học: vuông, chữ nhật, tam giác, tròn, elip…
Hệ vách cứng chịu lực là hệ thống trong đó các tường phẳng đóng vai trò chịu lực cho nhà Các tấm tường này được thiết kế để chịu tải trọng đứng, nhưng trong các công trình cao tầng, tải trọng ngang thường chiếm ưu thế Tải trọng ngang được truyền đến tường qua bản sàn, khiến cho 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 không lớn và yêu cầu không gian bên trong không quá rộng.
Hệ lõi cứng chịu lực (III) là một cấu trúc dạng vỏ hộp rỗng, có khả năng nhận toàn bộ tải trọng từ công trình và truyền xuống đất Hệ thống này có khả năng chịu tải trọng ngang tốt và tận dụng vách tường bê tông cốt thép để làm vách cầu thang và thang máy Để tối ưu hóa tính năng của hệ kết cấu, sàn cần phải có độ dày và chất lượng cao, đặc biệt tại các điểm giao giữa sàn và vách.
Lõi cứng bằng thép hoặc bê tông cốt thép có bề dày tối thiểu 300 mm, đảm bảo khả năng chịu tải trọng và phòng chống cháy, được thiết kế chạy dọc theo chiều cao của công trình.
Cáp dụng cho các công trình cao trên 15 tầng, việc tránh đặt lõi cứng lệch về một góc là rất quan trọng để đảm bảo tải trọng được phân bố đều.
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 các gối trung gian bên trong 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.
Các hệ hỗn hợp được tạo thành từ sự kết hợp giữa hai hoặc nhiều hệ cơ bản nói trên, mộtsố hệ hỗn hợp thường gặp như:
- Hệ khung – Lõi chịu lực
- Hệ khung - Hộp chịu lực
- Hệ khung – Hộp – Tường chịu lực
Các hệ kết cấu hỗn hợp bao gồm sự hiện diện của khung, và tùy thuộc vào cách hoạt động của khung, chúng ta sẽ có sơ đồ giằng hoặc khung giằng.
Sơ đồ giằng là cấu trúc mà khung chỉ chịu tải trọng thẳng đứng tương ứng với diện tích truyền tải, trong khi toàn bộ tải trọng ngang và một phần tải trọng thẳng đứng do các kết cấu chịu tải cơ bản khác đảm nhận Trong sơ đồ này, tất cả các nút khung được thiết kế với cấu tạo khớp hoặc các cột có độ cứng chống uốn rất nhỏ Theo quan niệm này, tất cả các hệ chịu lực cơ bản và hỗn hợp, bao gồm tường, lõi và hộp chịu lực, đều thuộc về sơ đồ giằng.
Sơ đồ khung – giằng là hệ thống mà khung chịu tải trọng thẳng đứng và ngang cùng với các kết cấu chịu lực cơ bản khác, trong đó khung được liên kết cứng tại các nút Hệ khung chịu lực cũng được phân loại vào sơ đồ khung – giằng.
2.1.2 Lựa chọn giải pháp kết cấu cho công trình
Việc phân tích các hệ kết cấu chịu lực trong nhà nhiều tầng cho thấy rằng sự kết hợp giữa kết cấu lõi chịu tải trọng đứng và ngang với khung sẽ nâng cao hiệu quả chịu lực của toàn hệ thống Lõi hỗ trợ giúp giảm tải trọng ngang tác động lên từng khung, từ đó cải thiện hiệu quả sử dụng khung không gian Do đó, giải pháp tối ưu cho các công trình tòa nhà cao tầng là áp dụng hệ 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 được sử dụng để tính toán khi khung chỉ chịu tải trọng thẳng đứng, tương ứng với diện tích truyền tải đến nó, đồng thời xem xét tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng.
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 đều có độ cứng chống uốn rất thấp.
2.1.3.2 Sơ đồ khung - giằng (hình 4b)
Lựa chọn sơ bộ kích thước cấu kiện
2.2.1 Lựa chọn chiều dày sàn
Chiều dày sàn được chọn theo công thức:
Hệ số D phụ thuộc vào đặc tính tải trọng theo phương đứng tác động lên sàn, với giá trị D từ 0,8 đến 1,4, thường chọn D = 1 Nhịp l được tính theo phương chịu lực của bản sàn Hệ số m cũng phụ thuộc vào đặc tính làm việc của sàn, với m từ 35 đến 45 cho sàn làm việc hai phương và từ 30 đến 35 cho sàn làm việc một phương.
Theo mặt bằng kết cấu chủ yếu là loại bản kê 4 cạnh với ô sàn có kích thước lớn nhất là 8x8m
( ) ( ) Chọn = 110 mm cho sàn tầng
Tương tự chọn = 110mm cho sàn vệ sinh
2.2.2 Xác định tiết diện dầm
Chiều cao tiết diện dầm hd chọn sơ bộ theo nhịp:
Trong đó: ld – Nhịp của dầm đang xét; md – Hệ số kể đến vai trò của dầm (Với dầm phụ: , với dầm chính: , với đoạn dầm consol : )
Bề rộng tiết diện dầm bd chọn trong khoảng ( )
Bảng 2.1 Bảng lựa chọn kích thước tiết diện dầm tầng điển hình
Tên Loại ld (m) md hd (mm) bd (mm) h chọn b chọn
DP-1 Phụ 8 14 20 400 570 150 250 500 220 Đối với các tầng khác, các tiết diện dầm cũng được tính toán tương tự và được thể hiện trong các bản vẽ kết cấu KC-04
2.2.3 Xác định tiết diện cột
Kích thước tiết diện cột được chọn theo công thức sau:
N – Lực dọc sơ bộ xác định theo công thức:
Diện tích mặt sàn (F) truyền tải trọng lên cột cần xét, với tải trọng tương đương (q) tính trên mỗi mét vuông mặt sàn, bao gồm cả tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời, thường được ước lượng trong khoảng 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 quá trình tính toán.
Rb – Cường độ tính toán về nén của bê tông ;
Kiểm tra độ mảnh của tiết diện cột đã chọn theo công thức :
Trong đó : Chiều dài tính toán của cột k: hệ số ảnh hưởng của moomen cột ,với cột biên lấy bằng 1,1 ,cột góc bằng 1,1 cột trong nhà lấy 1
Hình 2.5 Mặt bằng xác định diện tích chịu tải sơ bộ của cột C1
Hình 2.6 Mặt bằng xác định diện tích chịu tải sơ bộ của cột C2
Hình 2.7 Mặt bằng xác định diện tích chịu tải sơ bộ của cột C3
Bảng 2.2 Bảng lựa chọn kích thước tiết diện của cột Để đơn giản cho tính toán và thi công ta chọn cột từ tầng 2 đến tầng 10 giống nhau
Mặt bằng định vị cột được thể hiện trong các bản vẽ kết cấu KC-03
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; ht/20 = 160mm
Vậy, chọn sơ bộ độ dày của lõi là 300 mm
(Mặt bằng định vị cột vách xem trong bản vẽ kết cấu KC-03)
Dựa trên các kết quả tính toán và giải pháp đã được lựa chọn, chúng tôi tiến hành lập mặt bằng kết cấu và chi tiết trong các bản vẽ kết cấu Toàn bộ công trình đã được mô hình hóa trong phần mềm Etabs 9.7.4.
Tính toán tải trọng
2.3.1.1 Tĩnh tải hoàn thiện (Dead Load - DL)
Tải trọng các lớp tĩnh tải hoàn thiện được tính toán theo công thức sau:
– Tải trọng tiêu chuẩn : ( ); hht – Chiều dày lớp hoàn thiện (m);
– Trọng lương riêng kG/m 3 ); n– Hệ số độ tin cậy
Các giá trị tải trọng tính toán cụ thể được lập trong các bảng A.1, A.2, A.3,
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 : ht - Chiều cao tường;
H - Chiều cao tầng nhà; hd,s - Chiều cao dầm hoặc sàn trên tường tương ứng
Khi tính toán trọng lượng tường, cần trừ đi khoảng 30% trọng lượng do cửa đi và cửa sổ bằng cách nhân với hệ số 0,7 Tĩnh tải của tường xây và vách ngăn được tham khảo trong các bảng A-6, A-7, A-8, A-9.
2.3.1.3 Tải trọng bản thân ( TBT)
Chương trình Etabs ver 17.0.1 tính toán tải trọng bản thân của công trình dựa trên khai báo với hệ số trọng lượng bản thân là 1,1.
Hoạt tải của các phòng được lấy theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737-1995 và được thể hiện trong bảng A-5 Phụ lục
2.3.3 Tải trọng gió (Wind Load – WL)
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 được tính theo công thức sau: ( ) (2-9)
Giá trị áp lực gió W0 được xác định theo bản đồ phân vùng trong phụ lục D và điều 6.4 Hệ số kj 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:
– 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 Áp dụng cho tầng 3 vùng gió IIB , Wo= 95 (daN/m 2 ), z = 9 => k = 0,637 Vậy = =3,7 (m)
Giá trị được thể hiện trong bảng A-14.phụ lục
Tổ hợp tải trọng
Các tổ hợp các hệ quả của tải trọng được tính toán cụ thể như sau:
- 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, tĩnh tải, hoạt tải được mô hình hóa và được thể hiện trong phần mềm Etabs :
Hình 2.9 Mô hình tải trọng gió Gx tác dụng lên tầng điển hình
Hình 2.10 Mô hình tải trọng gió Gxx tác dụng lên tầng điển hình
Hình 2.11 Mô hình tải trọng gió Gy tác dụng lên tầng điển hình
Hình 2.12 Mô hình tải trọng gió Gyy tác dụng lên tầng điển hình
Hình 2.13 Mô hình Tĩnh tải tường tác dụng lên tầng điển hình
Hình 2.14 Mô hình Tĩnh tải sàn tác dụng lên tầng điển hình
Hình 2.15 Mô hình Hoạt tải sàn tác dụng lên tầng điển hình
THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN NGẦM
Điều kiện địa chất công trình
Số liệu địa chất công trình được xây dựng dựa trên kết quả của thí nghiệm khoan tiêu chuẩn SPT
Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất được 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 33,65 24 38°,40‟ 1,88 14800 -
7 Cuội sỏi, chặt, hạt to 6,5 49,05 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 );
E0 - 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 như 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 được 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 địa chất của công trình và vị trí thi công trong nội thành Hà Nội, việc sử dụng cọc đóng là không được phép Dựa trên các điều kiện địa chất đã phân tích, phương án móng cọc nhồi hoặc móng cọc ép là lựa chọn khả thi cho dự án này.
Phương án sử dụng móng cọc ép với mũi cọc đặt vào lớp đất cuối cùng mang lại nhiều lợi ích Cọc ép trước có giá thành thấp, phù hợp cho các công trình xây chen mà không gây chấn động cho các công trình xung quanh Quy trình thi công đơn giản và dễ kiểm tra, đồng thời chất lượng từng đoạn cọc được xác định thông qua lực ép Sức chịu tải của cọc ép cũng được xác định qua lực ép cuối cùng, đảm bảo tính an toàn và hiệu quả cho công trình.
Cọc ép trước có một số nhược điểm đáng lưu ý, bao gồm kích thước và sức chịu tải hạn chế do tiết diện cọc Chiều dài cọc không thể mở rộng và phát triển, chủ yếu do thiết bị thi công cọc bị giới hạn hơn so với các công nghệ khác Thời gian thi công thường kéo dài và có nguy cơ gặp phải độ chối giả khi đóng cọc, gây ra nhiều khó khăn cho quy mô công trình.
Phương án dùng móng cọc khoan nhồi mũi cọc được đặt vào lớp đất cuối cùng
Cọc khoan nhồi có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng đạt chiều sâu hàng trăm mét mà không bị hạn chế như cọc ép, tối ưu hóa đường kính và chiều dài cọc Ngoài ra, 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 giúp tăng cường độ cứng ngang cho công trình.
Cọc khoan nhồi giúp khắc phục nhược điểm về tiếng ồn và chấn động, giảm thiểu ảnh hưởng đến các công trình xung quanh Với khả năng chịu tải trọng lớn và ít gây rung động cho nền đất, cọc khoan nhồi còn đảm bảo sự ổn định cho các công trình cao.
+ Giá thành móng cọc khoan nhồi tương đối cao
+ Công nghệ thi công cọc đòi hỏi kỹ thuật cao, các chuyên gia có kinh nghiệm
Kiểm tra chất lượng bêtông cọc thường gặp nhiều khó khăn và tốn kém, đặc biệt khi xuyên qua các vùng có hang hốc Castơ hoặc đá nẻ Trong những trường hợp này, việc sử dụng ống chống để giữ lại sau khi đổ bêtông là cần thiết, dẫn đến việc gia tăng chi phí.
+ 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
Do quy mô công trình không lớn và không phải là siêu cao tầng, việc sử dụng biện pháp móng cọc ép là lựa chọn phù hợp 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 : Ra = 2800 (CB240V) Thép M1 nên ta dung M2 để tính toán
+Lấy lớp bảo vệ của cọc la a‟=2,5cm
Chiều cao làm việc của cốt thép là h00-2,5',5cm
Cốt thép dọc chịu mô men uốn của cọc là 222 có As=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:Fk=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:Fa=F‟k/Es=
Chọn thép làm móc cẩu 12 có Fa=1, 13cm 2
3.6.2 Kiểm tra lún móng cọc
Để xác định khối m ng quy ước, cần tính độ lún của nền móng dựa trên độ lún của nền khối móng quy ước Chiều cao khối móng quy ước được tính từ đáy đài đến mũi cọc với góc mở Tải trọng móng được truyền xuống nền nhờ ma sát giữa diện tích xung quanh cọc và khối đất bao quanh, với diện tích truyền tải lớn hơn từ mép ngoài cọc biên tại đáy đài và mở rộng theo góc về mỗi phía.
Hình 3.7 Sơ đồ khối m ng quy ƣớc
* Diện tích đáy móng khối quy ước xác định theo công thức: F qư
i trị tính toán thứ 2 của góc ma sát trong lớp thư i có chiều dày h i mà cọc đi qua α
Momen chống uốn Wx Wy của khối móng quy ước là:
*Tải trọng tính toán dưới đáy khối móng quy ước:
-Trọng lượng của đài và đất từ đáy đài trở lên:
-Trọng lượng khối đất từ mũi cọc tới đáy đài:
-Trọng lượng cọc: qc =Fc.lc.c nc = 0,09.23,25.25.4 = 209,25KN
Lực tác dụng tại đáy khối móng quy ước:
M tc = 1580 KNm Áp lực tính toán dưới đáy khối móng quy ước: max min 840 654 2
* 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 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 được xác định là p tb = 71,78 Đồng thời, ứng suất bản thân tại đáy khối móng quy ước cũng cần được xem xét để đảm bảo tính ổn định và an toàn của công trình.
( ) (0,9+23,25)x1,88= 45,4 (T/m 2 ) Ứng suất gây lún trung bình tại đáy móng quy ước:
Bắt đầu tính từ mũi cọc trở xuống Điều kiện tắt lún:
Với lớp đất trên mực nước ngầm ta lấy theo
Với phía dưới mực nước ngầm ta phải xác định
: Dung trọng tự nhiên của lớp đất
: Trọng lượng riêng của nước tiêu chuẩn = 0,981 (T/m 3 )
: Trọng lượng thể tích của hạt (T/m 3 )
Kết quả tính lún được lập theo bảng sau
Bảng 3.3 Kết quả tính lún
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 tôi đã lập mặt bằng kết cấu móng cho công trình Bản vẽ chi tiết kết cấu móng được thể hiện trong tài liệu KC-02.
Tính toán thiết kế cốt thép đài, giằng
Việc tính toán và bố trí cốt thép cho đài móng công trình được thực hiện thông qua việc xuất nội lực từ phần mềm Safe phiên bản 12.3.2 và xử lý dữ liệu trên Excel Kết quả tính toán cốt thép đài móng được trình bày trong bảng B2, trong khi kết quả tính toán cốt thép giằng móng được thể hiện trong bảng B1 thuộc phần phụ lục.
Việc tính toán cốt thép giằng móng sử dụng nội lực xuất ra từ phần mềm Etabs Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng B.1 phần phụ lục
Bản vẽ chi tiết thép đài móng và giằng móng được thể hiện trong bản vẽ KC-02
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 x z y
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 được thực hiện theo tài liệu “Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép” của Gs Nguyễn Đình Cống Tài liệu này hướng dẫn phương pháp gần đúng, biến đổi nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương Nguyên tắc của phương pháp được quy định trong tiêu chuẩn BS8110 của Anh và ACI 318 của Mỹ, từ đó, tác giả đã phát triển các 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
Để áp dụng phương pháp gần đúng trong việc xét tiết diện có cạnh Cx và Cy, cần đảm bảo rằng cốt thép được bố trí theo chu vi và phân bố đều Ngoài ra, mật độ cốt thép trên cạnh b có thể lớn hơn cạnh b, điều này được giải thích chi tiết trong bảng mô hình tính.
Tiết diện chịu lực nén N và mômen uốn Mx, My cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay được xem xét Sau khi phân tích uốn theo hai phương, hệ số được tính toán và mômen đã gia tăng là Mx1, My1.
Tùy thuộc vào mối quan hệ giữa giá trị Mx1, My1 và kích thước các cạnh, 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
Giả sử chiều dày lớp đệm là a, cần chuẩn bị các số liệu liên quan như trong trường hợp nén lệch tâm phẳng Tiến hành tính toán cho trường hợp đặt cốt thép đối xứng.
Tính mômen tương đương đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệch tâm phẳng) (4-3) Độ lệch tâm ; Với kết cấu tĩnh định:
Tính toán độ mảnh theo hai phương
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 tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm :
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm:
(4-6) Khi lấy ; khi lấy theo công thức sau: (4-7) Diện tích toàn bộ cốt thép dọc Ast:
Cốt thép được chọn đặt đều theo chu vi (mật độ cốt thép trên cạnh b có thể lớn hơn
Trường hợp 2: Khi đồng thời 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 Ast tính theo công thức:
Trường hợp 3: Khi đồng thời Tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn Lấy k = 0,4, tính A st theo công thức sau:
( ) (4-11) Cốt thép được 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 được tính toán như đối với tiết diện chữ nhật như đã trình bày ở mục 3.1.1
Đối với tiết diện vuông có cốt thép đều đặt quanh chu vi với số lượng từ 12 thanh trở lên (12, 16, 20,…), có thể áp dụng phương pháp tính gần đúng bằng cách quy đổi về tiết diện tròn có đường kính tương ứng Tính toán với lực nén N và mômen tổng √, sau đó tiến hành tính toán theo tiết diện tròn với cốt thép Ast Cuối cùng, chọn và bố trí cốt thép cho tiết diện vuông một cách hợp lý.
4.1.3 Đánh giá và xử lý kết quả
Giá trị A st có thể được xác định thông qua các công thức đã thiết lập, với khả năng có giá trị dương, âm, lớn hoặc nhỏ Để đánh giá tính hợp lý, cần xem xét tỷ lệ cốt thép tương ứng.
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 được kể đến khi xác định khả năng chịu lực của cấu kiện Cốt thép dọc chịu lực thường dung các thanh có đường kính Khi cạnh tiết diện lớn hơn 200mm thì nên chọn
Trong cấu kiện nén đúng tâm, cốt thép dọc được đặt đều theo chu vi (hình 3.1b)
Trong cấu kiện nén lệch tâm, cốt thép dọc nên được bố trí theo cạnh b và phân chia đều hai phía Cốt thép phía chịu nén nhiều hơn cần đặt gần điểm đặt lực N, trong khi cốt thép đối diện chịu kéo hoặc nén ít hơn và xa điểm N hơn Khi cốt thép đối xứng, tiết diện sẽ có cấu trúc đồng đều; ngược lại, khi không đối xứng, cốt thép sẽ có sự phân bố không đều.
Cốt thép dọc chịu lực trong cấu kiện cột BTCT được đặt đối xứng nhằm đơn giản hóa quá trình thi công Việc này trở nên hợp lý về mặt chịu lực khi cấu kiện phải chịu mômen đổi dấu với giá trị gần bằng nhau.
Khi tính toán cốt thép không đối xứng cho một cặp nội lực M và N đã biết, thường cho kết quả tổng lượng cốt thép thấp hơn so với cốt thép đối xứng Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, sự chênh lệch này không đáng kể.
Chỉ nên sử dụng cốt thép không đối xứng trong những trường hợp đặc biệt, khi cấu kiện chịu mômen không đồng đều và việc tính toán cho thấy sự tiết kiệm đáng kể Tỉ số phần trăm cốt thép cần được xác định, với giá trị không nhỏ hơn quy định Theo TCVN 1651-2008 và TCVN 5574-2012, giá trị này được lấy dựa trên độ mảnh theo bảng hướng dẫn.
Bảng 4.2 Giá trị tỉ số cốt thép tối thiểu
Khi chưa sử dụng quá 50% khả năng chịu lực của cấu kiện thì không phụ thuộc độ mảnh
Trong những trường hợp đặc biệt, cốt thép dọc có thể được bố trí đều theo chu vi trong tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm Việc này giúp tăng cường khả năng chịu uốn của cấu kiện theo cả hai phương và tránh việc tập trung quá nhiều thép ở một cạnh, từ đó giảm thiểu khó khăn trong quá trình thi công.
Diện tích tiết diện toàn bộ cốt thép dọc chịu lực được gọi là Ast, trong khi Ab là diện tích tính toán của tiết diện bê tông Trong cấu kiện nén lệch tâm, cốt thép được đặt theo cạnh b Đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm có cốt thép đặt theo chu vi, A b sẽ bằng diện tích tiết diện trong trường hợp cấu kiện nén trung tâm.
Nên hạn chế tỉ số cốt thép
Giá trị được xác định dựa trên quan điểm sử dụng vật liệu Để hạn chế việc sử dụng thép, người ta áp dụng các biện pháp phù hợp Để đảm bảo sự tương tác hiệu quả giữa thép và bê tông, cần thực hiện các quy định cụ thể.
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 từ 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 và khoảng cách theo phương cạnh h là mm (hình 4.3) Nếu đã đặt cốt thép dọc chịu lực theo chu vi, thì không cần thiết phải đặt cốt thép dọc cấu tạo nữa.
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 và ổn định cho cốt thép dọc trong quá trình thi công Đặc biệt, khi cấu kiện phải chịu lực cắt lớn, cốt đai cũng tham gia vào việc chịu lực này Đường kính của cốt đai thường là 5mm.
Khoảng cách cốt đai đ và
, - đường kính cốt thép dọc chịu lực lớn nhất, bé nhất
Khi lấy k = 15 và mm; lấy
Nếu tỉ lệ cốt thép dọc cũng như khi toàn bộ tiết diện chịu nén mà thì và mm
Trong đoạn nối chồng thép dọc, khoảng cách đ
Cốt thép đai cần bao quanh toàn bộ cốt thép dọc để giữ cho chúng không bị phình ra Để đảm bảo điều này, ít nhất một thanh cốt thép dọc phải được đặt vào các chỗ uốn của cốt thép đai, với khoảng cách giữa các chỗ uốn không quá 400 mm Khi chiều rộng tiết diện không vượt quá 400 mm và có tối đa 4 thanh cốt thép dọc trên mỗi cạnh, có thể sử dụng một cốt thép đai duy nhất để bao quanh toàn bộ cốt thép dọc.
Áp dụng tính toán bố trí cốt thép cấu kiện cột
4.3.1 Bố trí cốt thép dọc cấu kiện cột
Trong mặt bằng định vị cột và vách (bản vẽ KC-05), chúng ta lựa chọn từ một đến hai cột điển hình có nội lực lớn nhất để tính toán thép Đối với từng loại tổ hợp tải trọng (Combo), việc tính toán được thực hiện cho hai vị trí chính là đầu và cuối cột.
Tính toán thép cho cột theo tiêu chuẩn TCVN 1651-2008 và TCVN 5574-2012 yêu cầu sử dụng các thông số vật liệu được quy định trong các tiêu chuẩn này.
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 - Rbt = 1,05MPa = 105T/m 2
Cốt thép: Cốt thép loại CB400V có:
Cường độ tính toán chịu kéo, nén - R s =Rsc= 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 lượng thép lớn nhất
Tính toán cốt thép cho nhóm cột C3(40x40) Ta tính toán cho tổ hợp THCB24 tại vị trí chân cột (C1-1 )có :
Kích thước cột: = 4 m => = x0,7= 2,8m = 280 cm tiết diện (Cy x Cx )= (40x40) cm
Xác định ảnh hưởng của uốn dọc
+ Độ lệch tâm ngẫu nhiên:
) = Max(0,46;1,3;2)= 2 cm -Độ lệch tâm theo phương x và độ lệch tâm theo phương y :
= 0,0188 mm = 1,88 cm -Độ lệch tâm ban đầu phương x và phương y:
( ) ( ) ( ) ( ) -Độ mảnh theo phương x và phương y:
bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc ( =1)
Xét hệ số tương quan giữa M x1 và M y1
= 19,1 tính theo phương X b = Cx = 400 mm; h = Cy = 400 mm
Tính diện tích cốt thép
Giả thiết lớp đệm: a = 45mm ho= 400 - 45 = 355mm Đặt M1 = Mx1 = 7,64 T.m ; M2 = My1 = 5,98 T.m
+ Độ lệch tâm ngẫu nhiên:
+ Chiều cao của vùng bê tông chịu nén:
= 0,073 + Mômen tương đương đổi lệch tâm xiên thành lệch tâm phẳng)
+ Độ lệch tâm tĩnh học: = =
= 0,06 < 0,3 Lệch tâm rất bé Tính toán gần như nén đúng tâm
+ Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm:
( ) ( ) ( ) ( ) + Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm:
= 0,9784 + Tổng diện tích cốt thép:
Chọn cốt thộp 12ỉ22= 45,62 (cm2) bố trớ đều quanh chu vi cấu kiện
+ Hàm lượng tổng cốt thép:
Việc tính toán cốt thép cho các cột được thực hiện bằng cách sử dụng nội lực chân cột từ phần mềm Etabs, và kết quả tính toán được tổng hợp thành các bảng chi tiết.
4.3.2 Bố trí cốt thép đai cấu kiện cột
Theo TCXD 198–1997, cốt đai trong cột cần được chọn với đường kính và bố trí phù hợp Đường kính cốt đai phải lớn hơn 1/4 đường kính cốt dọc lớn nhất (max) và tối thiểu là 5mm Đường kính cốt dọc lớn nhất được xác định là 28mm, từ đó xác định đường kính cốt đai cần thiết.
đ max( cốt dọc; 5 mm) = max(7mm ; 5mm) = 7mm, chọn 10
Trong đoạn nối chồng cốt thép dọc: a min(10cốt dọc ;500mm) = min(280mm; 500mm) = 280mm ;
Bố trí khoảng cách cốt đai u còn lại như sau: a min(15cốt dọc ;500mm) = min(375; 500) = 375(mm) ;
Chi tiết cốt thép cột được thể hiện trong bản vẽ KC-07
Cơ sở lý thuyết tính dầm bê tông cốt thép
Bài toán yêu cầu tính toán cho dầm bê tông cốt thép (BTCT) có tiết diện chữ nhật với cốt thép đơn, chỉ sử dụng cốt thép As đặt trong vùng chịu kéo.
Lấy trường hợp phá hoại thứ nhất (phá hoại dẻo làm cơ sở để tính toán)
Sơ đồ ứng suất được sử dụng để tính toán tiết diện theo trạng thái giới hạn, trong đó ứng suất trong cốt thép chịu kéo A s đạt cường độ chịu kéo tính toán Rs, và ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt cường độ chịu nén tính toán Rb Hình dạng sơ đồ ứng suất là hình chữ nhật, đồng thời vùng bê tông chịu kéo không được tính vào khả năng chịu lực do đã bị 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:
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 trong tính toán theo trạng thái giới hạn đảm bảo rằng tiết diện không vượt quá 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;
Rb và Rs là các thông số quan trọng trong thiết kế kết cấu, với Rb đại diện cho cường độ chịu nén tính toán của bê tông và Rs là cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép Các yếu tố khác như x (chiều cao của vùng bê tông chịu nén), b (bề rộng của tiết diện), h0 (chiều cao làm việc của tiết diện, được tính bằng h - a), h (chiều cao của tiết diện) và a (khoảng cách từ mép chịu kéo đến trọng tâm của cốt thép chịu kéo) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng chịu lực của kết cấu.
As – 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 được quá nhiều, tức là phải hạn chế As 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 trưng tính chất biến dạng của vùng bê tông chịu nén:
(4-18) Ở đây: đối với bê tông nặng, sẽ có giá trị khác đối với bê tông nhẹ và bê tông hạt nhỏ; – tính bằng MPa;
– Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép (MPa);
Ứng suất giới hạn của cốt thép trong vùng bê tông chịu nén, khi bê tông đạt biến dạng cực hạn, được quy định là MPa cho tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và ngắn hạn; và MPa cho tải trọng tác dụng ngắn hạn cùng với tải trọng đặc biệt.
Các giá trị đối với một số trường hợp cụ thể sẽ có những giá trị khác nhau
Gọi là hàm lượng cốt thép thì hàm lượng cốt thép cực đại của tiết diện sẽ là:
Nếu cốt thép trong bê tông quá ít, sẽ xảy ra hiện tượng phá hoại đột ngột ngay sau khi bê tông bị nứt, dẫn đến phá hoại giòn Để ngăn chặn tình trạng này, cần đảm bảo tỷ lệ cốt thép phù hợp để chịu toàn bộ lực kéo.
Giá trị khả năng chịu mômen của dầm bê tông cốt thép phải lớn hơn hoặc bằng khả năng chịu mômen của dầm bê tông không có cốt thép, đặc biệt là trong các cấu kiện chịu uốn.
Có thể áp dụng trực tiếp các công thức cơ bản (4-13) và (4-15) để tính toán cốt thép, tiết diện bê tông và khả năng chịu lực của tiết diện Để thuận tiện cho việc tính toán bằng công cụ đơn giản, người ta thường thay đổi biến số và lập các bảng tính Khi đó, các công thức cơ bản sẽ được biểu diễn theo dạng mới.
( ); ( ) (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 Tiết diện ngang của dầm có thể có hình dạng chữ nhật, chữ T hoặc chữ khác.
I, hình thang, hình hộp, v.v…Thường gặp nhất là tiết diện chữ nhật và chữ T
Chiều cao h của tiết diện được xác định theo phương của mặt phẳng uốn, với tiết diện hợp lý có tỉ số nhất định Chiều cao h thường được chọn trong khoảng từ 1/8 đến 1/20 của nhịp dầm Khi lựa chọn kích thước b và h, cần xem xét các yêu cầu kiến trúc cũng như việc định hình hóa ván khuôn.
Cốt dọc chịu lực được đặt chủ yếu ở vùng kéo của dầm, và đôi khi cũng ở vùng nén, với diện tích tiết diện ngang được xác định dựa trên mômen uốn Đường kính của cốt dọc chịu lực thường dao động từ 10 đến 30 mm, và số lượng thanh trong tiết diện phụ thuộc vào diện tích yêu cầu cũng như chiều rộng của tiết diện Đối với dầm có chiều rộng từ 15 cm trở lên, cần tối thiểu hai thanh cốt dọc, trong khi với bề rộng nhỏ hơn, có thể chỉ cần một cốt 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 bao gồm cốt giá giữ vị trí cốt đai trong quá trình thi công dầm, được tính toán để chỉ cần cốt dọc chịu kéo và chịu ứng suất từ co ngót và nhiệt độ Thường sử dụng cốt thép có đường kính từ
Cốt thép phụ được lắp đặt ở mặt bên của tiết diện dầm khi chiều cao vượt quá 70cm, nhằm chịu các ứng suất do co nhót và nhiệt độ Chúng có vai trò quan trọng trong việc 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 được sử dụng để chịu lực cắt Q, trong đó cốt đai kết nối vùng bê tông chịu nén với vùng bê tông chịu kéo nhằm đảm bảo tiết diện có khả năng chịu mômen.
Góc nghiêng của cốt xiên thường là 45 độ, tuy nhiên, đối với dầm có chiều cao trên 80 cm, góc α sẽ là 60 độ, trong khi đó, dầm thấp và bản sẽ có góc α là 30 độ Đường kính cốt đai thường dao động từ 6 đến 10 mm, và khi chiều cao dầm đạt 80 cm trở lên, cần sử dụng cốt đai lớn hơn Cốt đai có thể có hai nhánh, một nhánh hoặc nhiều nhánh như minh họa trong hình 4.5 Khoảng cách, 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 ta 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 ta sẽ áp dụng tính toán cốt thép cho dầm DC3-3 tại tầng 3 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 - R b = 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 - R sw = 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 D.B-12 (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 = 0,3x0,6 m
Giả thiết lớp bảo vệ : a = 0,06m: ho = h – 6 = 0,6– 0,06 = 0,54 m
-Kiểm tra hàm lượng cốt thép:
As = 18,07cm 2 = > chọn 6ỉ20( As chọn = 18,85cm 2 )
Tính cốt thép cho momen dương: dầm DC3-3(30x60)cm
Tính theo tiết diện hình chữ nhật: bxh = 0,3x0,6 m
Giả thiết lớp bảo vệ : a = 0,06m: ho = h – 6 = 0,6– 0,06 = 0,54 m
-Kiểm tra hàm lượng cốt thép:
As = 9,86cm 2 => chọn 3ỉ22 ( As chọn = 11.4 cm 2 )
Hình 4.5 Sơ đồ bố trí thép chịu momen âm
Hình 4.6 Sơ đồ bố trí thép chịu momen dương
Bảng tính toán cốt thép dầm được thể hiện trong Bảng D1 phần phụ lục D
4.6.2 Bố trí cốt thép đai cấu kiện dầm Để đơn giản trong thi công, ta tính toán cốt đai cho dầm có lực cắt lớn nhất và bố trí tương tự cho các dầm còn lại
Lực cắt lớn nhất trong các dầm: Qmax = -45.598
Tiết diện dầm b= 30cm, h= 60cm
Kiểm tra điều kiện đảm bảo bê tông không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng theo ứng suất nén chính:
Hệ số k0 = 0,3 với bê tông cấp độ bền B25
Qmax = 45.598(T) < 70,47 (T) Thoã mãn điều kiện
Kiểm tra điều kiện bê tông có đủ khả năng chịu cắt không:
Hệ số k1 = 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 fa 0,503 10 -4 m 2 ,
Khoảng cách cốt đai được lấy như sau:
Khoảng cách tính toán của cốt đai:
Khoảng cách cực đại giữa hai cốt đai:
( ) Khoảng cách cấu tạo của cốt đai:
, lấy u = 20 cm Vậy chọn cốt đai cho dầm là 8a100, đoạn giữa dầm đặt 8a200
Chi tiết cốt thép dầm được thể hiện trong bản vẽ kết cấu KC-08.