VP Grand View luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

VP Grand View VP Grand View VP Grand View luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

HỆ ĐÀO TẠO: CHÍNH QUY NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

GVHD – KC : TS ĐỖ ĐÀO HÃI

HOÀN THÀNH 11/01/2010

HỆ ĐÀO TẠO: CHÍNH QUY NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH

Hiện nay, TP Hồ Chí Minh là thành phố có tốc độ phát triển nhanh nhất cả nước,là trung tâm thương mại sầm uất với nhiều dự án đầu tư của nhà thầu trong và ngoài nước Với tốc độ phát triển như vậy, cơ sở hạ tầng kỹ thuật cũng phát triển tương xứng Nhu cầu về xây dựng cũng phát triển theo Nhà cao tầng dần thay thế nhà thấp tầng Cao ốc văn phòng là một giải pháp tối ưu cho việ giải quyết mặt bằng kinh doanh của trung tâm thương mại lớn nhất nước này

Tọa lạc ở Tân Bình, một trong những khu vực có không gian rộng rãi, thuận lợi cho việc kinh doanh

1 2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

Đặc điểm khí hậu thành phố Vũng Tàu được chia thành hai mùa rõ rệt

1) Mùa mưa : từ tháng 5 đến tháng 11 có

Nhiệt độ trung bình : 25 o C

Nhiệt độ thấp nhất : 20 o C

Nhiệt độ cao nhất : 36 o C

Lượng mưa trung bình : 274.4 mm (tháng 4)

Lượng mưa cao nhất : 638 mm (tháng 5)

Lượng mưa thấp nhất : 31 mm (tháng 11)

Độ ẩm tương đối trung bình : 48.5%

Độ ẩm tương đối thấp nhất : 79%

Độ ẩm tương đối cao nhất : 100%

Lượng bốc hơi trung bình : 28 mm/ngày đêm

2) Mùa khô (từ tháng 12 đến tháng 4)

Nhiệt độ trung bình : 27 o C

Nhiệt độ cao nhất : 40 o C

3) Gió

Vì sát biển nên gió ảnh hưởng quanh năm

Vào mùa khô:

 Gió Đông Nam : chiếm 30% - 40%

Vào mùa mưa:

 Gió Tây Nam : chiếm 66%

Hướng gió Tây Nam và Đông Nam có vận tốc trung bình: 2,15 m/s

Gió thổi mạnh vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, ngoài ra còn có gió Đông Bắc thổi nhẹ

Khu vực TP Hồ Chí Minh ít chịu ảnh hưởng của gió bảo

Công trình gồm: 1 hầm + 1 trệt +ø 12 lầu + 1 mái

Công trình có diện tích tổng mặt bằng (71,6x48,2)m2, chia làm 2 khu riêng biệt Khu cao tầng gồm 12 tầng và khu hội trường gồm 2 tầng

Công trình cao 57m so với mặt đất tự nhiên

1 4 HẠ TẦNG KỸ THUẬT

Công trình nằm trên trục đường giao thông chính thuận lợi cho việc cung cấp vật tư và giao thông ngoài công trình

Hệ thống cấp điện, cấp nước trong khu vực đã thực hiện đáp ứng tốt các yêu cầu cho công tác xây dựng

Khu đất xây dựng công trình bằng phẳng, hiện trạng không có công trình cũ, không có công trình ngầm bên dưới đất nên rất thuận lợi cho thi công và bố trí tổng bình đồ

CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC

Mặt bằng công trình chử L, cạnh dài 71.5m, cạnh ngắn 48.2m Diện tích xây dựng trệt = lầu 1, lầu 2 = 1592m2, lầu 3 = lầu 4 = … = mái = 724m2

Công trình gồm 13 tầng và 1 tầng hầm, cao 50.00m tính từ mặt đất +0.00

Tầng hầm công trình làm nhà để xe với tổng diện tích 1064m2 Tầng trệt và lầu

1 được dùng để kinh doanh nhà hàng, trung tâm mua sắm thương mại Các tầng còn lại được thiết kế làm văn phòng cho thuê Tầng trên cùng được sử dụng làm tầng kỹ thuật

Mặt bằng lầu đơn giản, không gian bố trí thuận lợi cho sắp sép văn phòng, các phòng được ngăn cách nhau bằng các vách ngăn nhẹ Thuận tiện cho công tác di chuyển

2 2 GIẢI PHÁP GIAO THÔNG NỘI BỘ

Hệ thống giao thông theo phương đứng là thang máy, được bố trí trung tâm hai đầ công trình, ngoài ra còn có thang bộ, phục vụ cho giải pháp cứu nạn khi có sự cố sảy ra

Hệ thống giao thông theo phương ngang là các hành lang được bố trí throng công trình, tạo nên mối giao thông liên lạc giữa caxc1 khu với nhau

Ngoài ra còn có hệ thống giao thông nối giữa hai khu với nhau, khu cao tầng và khu thấp tầng

2 3 GIẢI PHÁP VỀ SỰ THÔNG THOÁNG

Các cầu thang diều có lỗ thông tầng có kích thước 1.5 x 2.4m suốt từ tầng mái đến tầng hầm Ngoài ra còn có 2 khoảng lõm ỏ 2 mặt của công trình để tăng thêm diện tích các lô gia tiếp xúc với bên ngoài

Ngoài ra tất cả các văn phòng đều có mặt tiếp xúc bên ngoài để lấy ánh sáng tự nhiên

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP KỸ THUẬT

3 1 HỆ THỐNG ĐIỆN

Nguồn điện cung cấp cho cao ốc chủ yếu là nguồn điện thành phố, có nguồn điện dự trữ khi có sự cố cúp điện là máy phát điện đặt ở tầng trệt để bảo đảm cung cấp điện 24/24h cho cao ốc

Hệ thống cáp điện dược đi trong hộp gain kỹ thuật và có bảng điều khiển cung cấp điện cho từng văn phòng

Nguồn nước cung cấp cho cao ốc là nguồn nước thành phố, được đưa vào bể nước ngầm của chung cư sau đó dùng máy bơm đưa nước lên hồ nước mái, rồi từ đây nước sẽ được cung cấp lại cho các tầng Đường ống thoát nước thải và cấp nước đều sử dụng ống nhựa PVC

Mái bằng tạo độ dốc để tập trung nước vào các sênô bằng BTCT, sau đó được thoát vào ống nhựa thoát nước để thoát vào cống thoát nước của thành phố

Các họng cứu hỏa được đặt hành lang và đầu cầu thang, ngoài ra còn có các hệ thống chữa cháy cục bộ đặt tại các vị trí quan trọng Nước cấp tạm thời được lấy từ hồ nước mái

3 4 HỆ THỐNG VỆ SINH

Xử lý nước thải bằng phương pháp vi sinh có bể chứa lắng, lọc trước khi cho hệ thống cống chính của thành phố Bố trí các khu vệ sinh của các tầng liên tiếp nhau theo chiều đứng để tiện cho việc thông thoát rác thải

3 5 CÁC HỆ THỐNG KỸ THUẬT KHÁC

Thanh chống sét nhà cao tầng, còi báo động, hệ thống đồng hồ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU

NHÀ CAO TẦNG

1 1 LỰA CHỌN VẬT LIỆU

Vật liệu xây dựng cần có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, khả năng chống cháy tốt

Nhà cao tầng thường có tải trọng rất lớn Nếu sử dụng các loại vật liệu trên tạo điều kiện giảm được đáng kể tải trọng cho công trình, kể cả tải trọng đứng cũng như tải trọng ngang do lực quán tính

Vật liệu có tính biến dạng cao: Khả năng biến dạng dẻo cao có thể bổ sung cho tính năng chịu lực thấp

Vật liệu có tính thoái biến thấp: Có tác dụng tốt khi chịu tác dụng của tải trọng lặp lại( động đất, gió bão)

Vật liệu có tính liền khối cao: Có tác dụng trong trường hợp tải trọng có tính chất lặp lại không bị tách rời các bộ phận công trình

Vật liệu có giá thành hợp lý

Trong điều kiện tại Việt Nam hay các nước thì vật liệu BTCT hoặc thép là các loại vật liệu đang được các nhà thiết kế sử dụng phổ biến trong các kết cấu nhà cao tầng

1.2.1 THEO PHƯƠNG NGANG

Nhà cao tầng cần có mặt bằng đơn giản, tốt nhất là lựa chọn các hình có tính chất đối xứng cao Trong các trường hợp ngược lại công trình cần được phân ra các phần khác nhau để mỗi phần đều có hình dạng đơn giản

Các bộ phận kết cấu chịu lựu chính của nhà cao tầng như vách, lõi, khung cần phải được bố trí đối xứng Trong trường hợp các kết cấu này không thể bố trí đối xứng thì cần phải có các biện pháp đặc biệt chống xoắn cho công trình theo phương đứng

Hệ thống kết cấu cần được bố trí làm sao để trong mỗi trường hợp tải trọng sơ đồ làm việc của các bộ phận kết cấu rõ ràng mạch lạc và truyền tải một cách mau chóng nhất tới móng công trình

Tránh dùng các sơ đồ kết cấu có các cánh mỏng và kết cấu dạng congson theo phương ngang vì các loại kết cấu này rất dễ bị phá hoại dưới tác dụng của động đất và gió bão

1 3 CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN LIÊN KẾT

Kết cấu nhà cao tầng cần phải có bậc siêu tĩnh cao để trong trường hợp bị hư hại do các tác động đặc biệt nó không bị biến thành các hệ biến hình

Các bộ phận kết cấu được cấu tạo làm sao để khi bị phá hoại do các trường hợp tải trọng thì các kết cấu nằm ngang sàn, dầm bị phá hoại trước so với các kết cấu thẳng đứng: cột, vách cứng

1.4.1 SƠ ĐỒ TÍNH

Trong giai đoạn hiện nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử, đã có những thay đổi quan trọng trong cách nhìn nhận phương pháp tính toán công trình Khuynh hướng đặc thù hoá và đơn giản hoá các trường hợp riêng lẻ được thay thế bằng khuynh hướng tổng quát hoá Đồng thời khối lượng tính toán số học không còn là một trở ngại nữa Các phương pháp mới có thể dùng các sơ đồ tính sát với thực tế hơn, có thể xét tới sự làm việc phức tạp của kết cấu với các mối quan hệ phụ thuộc khác nhau trong không gian Việc tính toán kết cấu nhà cao tầng nên áp dụng những công nghệ mới để có thể sử dụng mô hình không gian nhằm tăng mức độ chính xác và phản ánh sự làm việc của công trình sát với thực tế hơn

1.4.2 TẢI TRỌNG

Kết cấu nhà cao tầng được tính toán với các loại tải trọng chính sau đây:

Tải trọng thẳng đứng ( thường xuyên và tạm thời tác dụng lên sàn)

Tải trọng gió ( gió tĩnh và nếu có cả gió động)

Tải trọng động của động đất( cho các công trình xây dựng trong vùng có động đất)

Ngoài ra khi có yêu cầu kết cấu nhà cao tầng cũng cần phải được tính toán kiểm tra với các trường hợp tải trọng sau:

Do ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ

Do ảnh hưởng của từ biến

Do sinh ra trong quá trình thi công

Do áp lực của nước ngầm và đất

Khả năng chịu lực của kết cấu cần được kiểm tra theo từng tổ hợp tải trọng, được quy định theo các tiêu chuẩn hiện hành

1.4.3 TÍNH TOÁN HỆ KẾT CẤU

Hệ kết cấu nhà cao tầng cần thiết được tính toán cả về tĩnh lực, ổn định và động lực

Các bộ phận kết cấu được tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH 1) Trong trường hợp đặc biệt do yêu cầu sử dụng thì mới theo trạng thái giới hạn thứ hai ( TTGH 2)

Khác với nhà thấp tầng trong thiết kế nhà cao tầng thì việc kiểm tra ổn định tổng thể công trình đóng vai trò hết sức quan trọng Các điều kiện cần kiểm tra gồm:

Kiểm tra ổn định tổng thể

Kiểm tra độ cứng tổng thể

CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU

2 1 CÁC QUI PHẠM VÀ TIÊU CHUẨN ĐỂ LÀM CƠ SỞ CHO VIỆC

THIẾT KẾ

Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép TCVN 356 –2005

Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động TCVN 2737 - 1995

Chỉ dẫn thành phần động của tải trọng gió TCXD 229 - 1999

Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình TCVN 45 - 1978

Thiết kế móng cọc - tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 205 - 1998 Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế và thi công nhà cao tầng TCXD 198 – 1997

Nhà cao tầng – tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 323 – 2004

2.2.1 PHÂN TÍCH KHÁI QUÁT HỆ CHỊU LỰC VỀ NHÀ CAO TẦNG NÓI CHUNG

Hệ chịu lực của nhà cao tầng là bộ phận chủ yếu của công trình nhận các loại tải trọng truyền chúng xuống móng và nền đất Hệ chịu lực của công trình nhà cao tầng nói chung được tạo thành từ các cấu kiện chịu lực chính là sàn, khung và vách cứng

Hệ tường cứng chịu lực (Vách cứng): Cấu tạo chủ yếu trong hệ kết cấu công trình chịu tải trọng ngang: gió Bố trí hệ tường cứng ngang và dọc theo chu vi thang máy tạo hệ lõi cùng chịu lực và chu vi công trình để có độ cứng chống xoắn tốt

Vách cứng là cấu kiện không thể thiếu trong kết cấu nhà cao tầng hiện nay Nó là cấu kiện thẳng đứng có thể chịu được các tải trọng ngang và đứng Đặc biệt là các tải trọng ngang xuất hiện trong các công trình nhà cao tầng với những lực ngang tác động rất lớn

Sự ổn định của công trình nhờ các vách cứng ngang và dọc Như vậy vách cứng được hiểu theo nghĩa là các tấm tường được thiết kế chịu tải trọng ngang

Bản sàn được xem như là tuyệt đối cứng trong mặt phằng của chúng Có tác dụng tham gia vào việc tiếp thu và truyền tải trọng vào các tường cứng và truyền xuống móng

Thường nhà cao tầng dưới tác động của tải trọng ngang được xem như một thanh ngàm ở móng

Hệ khung chịu lực: Được tạo thành từ các thanh đứng ( cột ) và ngang ( Dầm, sàn .) liên kết cứng tại chỗ giao nhau của chúng, các khung phẳng liên kết với nhau tạo thành khối khung không gian

2.2.2 KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH CAO ỐC GRAND VIEW CHIỆU GIÓ ĐỘNG

Do công trình là dạng nhà cao tầng, có bước cột lớn, đồng thời để đảm bảo vẻ mỹ quan cho các căn hộ nên giải pháp kết cấu chính của công trình được chọn như sau:

Kết cấu móng dùng hệ móng cọc khoang nhồi d=800mm và bêtông ly tâm ứng suất trước đài đơn, cọc có d=600mm

Kết cấu sàn các tầng điển hình 3 ->12 là sàn dầm BTCT dày 10 cm Riêng tầng hầm chọn chiều dày sàn 15 cm

Công trình có mặt bằng hình chữ nhật, các tầng trên bị vát 4 góc : A x B = 56 x

43 m, tỉ số B/A = 1,25 Chiều cao nhà tính từ mặt móng H = 53.1 m do đó ngoài tải đứng khá lớn, tải trọng ngang tác dụng lên công trình cũng rất lớn và ảnh hưởng nhiều đến độ bền và độ ổn định của ngôi nhà

Tải trọng ngang (gió động) do hệ cột chịu Xét gió động tác dụng theo nhiều phương khác nhau nhưng ta chỉ xét theo 2 phương chính của công trình là đủ

Toàn bộ công trình là kết cấu khung + lỏi cứng chịu lực bằng BTCT

Tường bao che công trình là tường gạch trát vữa ximăng Bố trí hồ nước mái trên sân thượng phụ vụ cho sinh hoạt và cứu hỏa tạm thời, nước cứu hỏa và sinh hoạt là được ngăn riêng biệt để sử dụng riêng

2 3 CHỌN VẬT LIỆU

2.3.1 BÊ TÔNG MÓNG, SÀN, BỂ NƯỚC VÀ KHUNG

2.4.1 CỐT THÉP A-III

Dùng cho vách và khung BTCT và móng, có đường kính > 10 mm :

Rs = Rs' = 3650 daN/cm2

Es = 2.000.000 daN/cm2

2.4.2 CỐT THÉP A-I

Dùng cho khung và hệ sàn BTCT và móng , có đường kính < = 10 mm

Rs = Rs' = 2250 daN / cm2

Es = 2.100.000 daN / cm2

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG

3 TẢI TRỌNG ĐỨNG

3 1 TẢI SÀN

3.1.1 TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN SÀN

Để phục vụ cho việc tính tay nội lực của sàn Trọng lượng bản thân sàn được tính toán bao gồm cả trọng lượng bản thân của bêtông và các lớp cấu tạo sàn

Chiều dày sàn chọn dựa trên các yêu cầu:

Về mặt truyền lực: đảm bảo cho giả thiết sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó (để truyền tải ngang, chuyển vị…)

Yêu cầu cấu tạo: Trong tính toán không xét việc sàn bị giảm yếu do các lỗ khoan treo móc các thiết bị kỹ thuật (ống điện, nước, thông gió,…)

Yêu cầu công năng: Công trình sẽ được sử dụng làm cao ốc văn phòng nên các hệ tường ngăn (không có hệ đà đỡ riêng) có thể thay đổi vị trí mà không làm tăng đáng kể nội lực và độ võng của sàn

Ngoài ra còn xét đến yêu cầu chống cháy khi sử dụng

Do đó trong các công trình nhà cao tầng, chiều dày bản sàn có thể tăng đến 50% so với các công trình khác mà sàn chỉ chịu tải đứng

Ta chọn bản sàn Bêtông cốt thép dày 10cm.(=2500 kg/m3)

Số liệu tải trọng đứng và cầu tạo sàn tính theo bảng sau :

CẤU TẠO SÀN

Đối vơí sàn thường xuyên tiếp xúc vơí nước (sàn vệ sinh, mái…) thì cấu tạo sàn còn có thêm lớp chống thấm

Cấu tạo sàn văn phòng:



- Cấu tạo sàn vệ sinh:

3.1.2 TẢI HOÀN THIỆN

Do nhập mô hình bằng phần mềm ETABS, phần tải trọng bản thân của bêtông

do ETABS tự tính nên khi nhập tải ta phải trừ đi phần khối lượng lớp bêtông, ta chỉ cần tính tải hoàn thiện và tải tường trên sàn Để thuận tiện cho việc tính toán, xem lớp hoàn thiện các sàn giống nhau và được tính toán riêng

c (Kg/m2)

gtt (Kg/m2)

3.1.3 TẢI TƯỜNG XÂY

Tải trọng thường xuyên tường xây trên sàn: Để đơn giản ta qui tải trọng tường thành tải phân bố đều lên sàn

3.1.4 TỔNG HỢP TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN SÀN

Tỉnh tải phân bố đều trên sàn phòng làm việc : 143+138.5=281.5 (kG/m2)

 Lấy 285 kG/m 2

Tỉnh tải phân bố đều trên sàn mái: 230 (kG/m2)

Tỉnh tải phân bố đều trên sàn vệ sinh: tất cả các sàn vệ sinh đều có tường xây nên ta cộng thêm với phần tải tường vào

Tải tường và hoàn thiện phân bố trên sàn tầng hầm 100 kg/m2 vì sàn tầng hầm để xe không có tải tường

3 2 HOẠT TẢI

3 3 TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN SÀN, DẦM, CỘT,

Tải trọng này do phần mềm ETABS tự tính

3 4 CÁC BƯỚC NHẬP KHỐI LƯỢNG LÊN DẦM SÀN

3.4.1 ĐỊNH NGHĨA VẬT LIỆU

Khối lượng riêng bê tông (Mass per unit Volume): /g=2.5/9.81=0.255(Ts 2 /m 2 )

Trọng lượng riêng bê tông (Weight per unit Volume) : =2.5(T/m 3 )

Mô đun đàn hồi bê tông (Modunlus of Elasticity) : E=3.0x10 6 (T/m 2 )

Hệ số Poisson’s Ratio : =0.2

3.4.2 NHẬP KHỐI LƯỢNG CHO CÁC SÀN

Nhập tải trọng cho các sàn tầng với số liệu như đã tính toán

Gán sàn cứng theo Shell Diaphragms

Khai báo nguồn lấây khối lượng từ tải trọng (cách thứ 2 trong bảng khai báo nguồn lấy khối lượng)

Chú ý: khi chia sàn ảo rất dễ bị thiếu khối lượng vì tải trọng được chia cho các nút ảo trong khi khối lượng chỉ được tính từ các nút thật Vấn đề này được phân tích rõ trong phần chuyên đề động đất

4 2 NHẬP DỮ LIỆU VÀO MÁY

4.2.1 MÔ HÌNH HÓA CÔNG TRÌNH

Căn cứ vào bản vẽ kiến trúc, đơn giản hoá và quan niệm các cấu kiện rồi đưa mô hình ETAB

4.2.2 KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN CHO CÁC CẤU KIỆN

Do hệ chịu lực của nhà là hệ kết cấu siêu tĩnh nên nội lực trong khung không những phụ thuộc vào sơ đồ kết cấu, tải trọng mà còn phụ thuộc vào độ cứng của các cấu kiện Do đó cần phải xác định sơ bộ kích thước tiết diện

a Chọn chiều dày sàn

Quan niệm tính: Xem sàn là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang Sàn không

bị rung động, không bị dịch chuyển khi chịu tải trọng ngang Chuyển vị tại mọi điểm trên sàn là như nhau khi chịu tác động của tải trọng ngang

Chọn chiều dày của sàn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng

Lấy chiều dày toàn bộ các tầng sàn h = 10 cm

b Chọn tiết diện dầm

Dầm chính phương dài:( L max = 9.6m)

112

112

112

112

112

112

1

480 = (40  30) (CM) CHỌN H D =40CM

B DẦM = (0,25  0,5) H =>CHỌN B D = 20 CM

c Chọn sợ bộ tiết diện cột

Diện tích tiết diện cột xác định sơ bộ như sau :

qi - tải trọng phân bố trên 1m2 sàn thứ i

Si - diện tích truyền tải xuống cột tầng thứ i

 = 1.21.5 - hệ số kể tới tải trọng ngang; chọn  = 1.3

Rn = 130 (daN/ cm2) :cường độ chịu nén của bêtông mác 300

Chọn sơ bộ q = 1100 daN/m2(lấy một cách gần đúng)

Bảng sơ bộ chọn Tiết Diên Cột chính trục A, B, C, D

Gió chiều dương trục X (GIO X)

Gió chiều âm trục X (GIO XX)

Gió chiều dương trục Y (GIO Y)

Gió chiều âm trục Y ( GIO YY)

4.2.4 CÁC TRƯỜNG HỢP TỔ HỢP TẢI TRỌNG

CỦA CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN KẾT CẤU ETABS

4.3.1 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỘI LỰC

Hiện nay trên thế giới có ba trường phái tính toán hệ chịu lực nhà nhiều tầng thể hiện theo ba mô hình như sau :

Mô hình liên tục thuần túy: Giải trực tiếp phương trình vi phân bậc cao, chủ yếu là dựa vào lý thuyết vỏ, xem toàn bộ hệ chịu lực là hệ chịu lực siêu tĩnh Khi giải quyết theo mô hình này, không thể giải quyết được hệ có nhiều ẩn Đó chính là giới hạn của mô hình này

•Mô hình rời rạc: ( Phương pháp phần tử hữu hạn ) Rời rạc hoá toàn bộ hệ chịu lực của nhà nhiều tầng, tại những liên kết xác lập những điều kiện tương thích về lực và chuyển vị Khi sử dụng mô hình này cùng với sự trợ giúp của máy tính có thể giải quyết được cả các bài toán Hiện nay ta có các phần mềm trợ giúp cho việc giải quyết các bài toán kết cấu như STAAD III, Feap, Xetabs95, FBTW, SAP86, SAP90, SAP2000, Etabs,

Mô hình Rời rạc - Liên tục: ( Phương pháp siêu khối ) Từng hệ chịu lực được xem là Rời rạc , nhưng các hệ chịu lực này sẽ liên kết lại với nhau thông qua các liên kết trượt xem là liên tục phân bố liên tục theo chiều cao Khi giải quyết bài toán này ta thường chuyển hệ phương trình vi phân thành hệ phương trình tuyến tính bằng phương pháp sai phân Từ đó giải các ma trận và tìm nội lực

Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH) : Trong phương pháp phần tử hữu hạn vật thể thực liên tục được thay thế bằng một số hữu hạn các phần tử rời rạc có hình dạng đơn giản, có kích thước càng nhỏ càng tốt nhưng hữu hạn, chúng được nối với nhau bằng một số điểm quy định được gọi là nút Các vật thể này vẫn được giữ nguyên là các vật thể liên tục trong phạm vi của mỗi phần tử, nhưng có hình dạng đơn giản và kích thước bé nên cho phép nghiên cứu dễ dàng hơn dựa trên cơ sở quy luật về sự phân bố chuyển

vị và nội lực (chẳng hạn các quan hệ được xác lập trong lý thuyết đàn hồi) Các đặc trưng cơ bản của mỗi phần tử được xác định và mô tả dưới dạng các ma trận độ cứng ( hoặc ma trận độ mềm) của phần tử Các ma trận này được dùng để ghép các phần tử lại thành một mô hình rời rạc hóa của kết cấu thực cũng dưới dạng một ma trận độ cứng (hoặc ma trận độ mềm) của cả kết cấu Các tác động ngoài gây ra nội lực và chuyển vị của kết cấu được quy đổi về các thành các ứng lực tại các nút và được mô tả trong ma trận tải trọng nút tương đương Các ẩn số cần tìm là các chuyển vị nút (hoặc nội lực) tại các điểm nút được xác định trong ma trận chuyển vị nút (hoặc ma trận nội lực nút) Các ma trận độ cứng, ma trận tải trọng nút và ma trận chuyển vị nút được liên hệ với nhau trong phương trình cân bằng theo quy luật tuyến tính hay phi tuyến tùy theo ứng xử thật của kết cấu Sau khi giải hệ phương trình tìm được các ẩn số, người ta có thể tiếp tục xác định được các trường ứng suất, biến dạng của kết cấu theo các quy luật đã được nghiên cứu trong cơ học

Thuật toán tổng quát của phương pháp PTHH

1 Rời rạc hóa kết cấu thực thành thành một lưới các phần tử chọn trước cho phù hợp với hình dạng hình học của kết cấu và yêu cầu chính xác của bài toán

2 Xác định các ma trận cơ bản cho từng phần tử (ma trận độ cứng, ma trận tải trọng nút, ma trận chuyển vị nút ) theo trục tọa độ riêng của phần tử

3 Ghép các ma trận cơ bản cùng loại thành ma trận kết cấu theo trục tọa độ chung của cả kết cấu

4 Dựa vào điều kiện biên và ma trận độ cứng của kết cấu để khử dạng suy biến của nó

5 Giải hệ phương trình để xác định ma trận chuyển vị nút cả kết cấu

6 Từ chuyển vị nút tìm được, xác định nội lực cho từng phần tử

7 Vẽ biểu đồ nội lực cho kết cấu

Thật toán tổng quát trên được sử dụng cho hầu hết các bài toán phân tích kết cấu : phân tích tĩnh, phân tích động và tính toán ổn định kết cấu

4.3.2 PHÂN TÍCH TĨNH KẾT CẤU ĐÀN HỒI TUYẾN TÍNH

Phương trình cân bằng có dạng: [ K ] {u } = {P} (1.1)

Trong đó:

[K] – ma trận độ cứng của kết cấu được ghép lại từ các ma trận độ cứng của các phần tử hữu hạn

{u } – ma trận chuyển vị nút của kết cấu được rời rạc hóa

{P} – ma trận các tải trọng nút tương dương của kết cấu rời rạc hóa

4.3.3 PHÂN TÍCH ĐỘNG KẾT CẤU ĐÀN HỒI TUYẾN TÍNH

Phương trình cân bằng có dạng: {M] { } + [c]{ } + [K]{u} = {P} (1.2) Trong đó:

[M] – ma trận khối lượng tập trung từ các ma trận khối lượng của các phần tử [c] – ma trận các hệ số cản làm hao tốn năng lượng và dao động sẽ tắt dần

{P} – ma trận các tải trọng kích thước, thường là các lực có chu kỳ phụ thuộc vào thời gian

Trường hợp dao động riêng của kết cấu không xét đến ảnh hưởng của lực kích thích và lực cản của môi trường phương trình (1.2 ) được viết lại tương ứng như sau

[ M ] { } + [ K ] { u} = { 0 } (1.3)

Giả thiết dao động có dạng tuần hoàn: { u } = { uo } coswt (1.4)

Trong đo:ù

{u o } là ma trận chuyển vị tại thời điểm t = 0

w - tần số riêng của dao động

Từ (1.3) và (1.4) ta rút ra được dạng đặc trưng xác định tần số riêng w

[ K ] - w2 [ M ] {uo } = { 0 } (1.5)

vì { uo } khác không nên :det | [ K ] - w2 [ M ] | = 0 (1.6)

Khai triển định thức (1.6) để xác định các tần số riêng wi tương ứng với các dạng dao động riêng của kết cấu

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển và thuận lợi của máy vi tính,

ta có rất nhiều chương trình tính toán khác nhau, với các quan niệm tính toán và sơ đồ tính khác nhau Trong nội dung của đồ án tốt nghiệp này em chọn mô hình thứ ba ( Mô hình rời rạc và liên tục ) với sự trợ giúp của phần mềm ETAB và SAP2000 để xác định dao động và nội lực của hệ kết cấu

4.3.4 CÁC GIẢ THUYẾT KHI TÍNH TOÁN CHO MÔ HÌNH NHÀ CAO TẦNG

Sàn là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó (mặt phẳng ngang) và liên kết ngàm với các phần tử khung hay vách cứng ở cao trình sàn Không kể biến dạng cong (ngoài mặt phẳng sàn) lên các phần tử ( thực tế không cho phép sàn có biến dạng cong) Bỏ qua sự ảnh hưởng độ cứng uốn của sàn tầng này đến các sàn tầng kế bên

Mọi thành phần hệ chịu lực trên từng tầng đều có chuyển vị ngang như nhau

Các cột và vách cứng đều được ngàm ở chân cột và chân vách cứng ngay mặt đài móng

Khi tải trọng ngang tác dụng thì tải trọng tác dụng này sẽû truyền vào công trình dưới dạng lực phân bố trên các sàn ( vị trí tâm cứng của từng tầng ) vì có sàn nên các lực này truyền sang sàn và từ đó truyền sang vách

Biến dạng dọc trục của sàn, của dầm xem như là không đáng kể

4.3.5 QUAN NIỆM CỦA PHẦN MỀM CHO TỪNG CẤU KIỆN LÀM VIỆC ĐÚNG VỚI GIẢ THUYẾT

• Khi sử dụng các phần mềm PTHH, SAP, ETABS Cần chú ý đến quan niệm từng cấu kiện của phần mềm để cấu kiện làm việc đúng với quan niệm thực khi đưa vào mô hình

Quan niệm thanh: khi kích thước 2 phương nhỏ hơn rất nhiều so với phương còn lại

Quan niệm tấm, bản, vách: khi kích thước 2 phương lớn hơn rất nhiều so với phương còn lại

Quan niệm solid: khi 3 phương có kích thuớc gần như nhau, và có kích thướt so với các phần tử khác

Quan niệm điểm: khi 3 phương có kích thước gần như nhau, và có kích thướt rất bé

Khi ta chia càng mịn các cấu kiện thì kết quả sẽ càng chính xác Do phần tử hữu hạn truyền lực nhau qua các điểm liên kết của các phần tử với nhau

Một chú ý quan trọng là khi chúng ta chia ảo sàn, định nghĩa sàn cứng kiểu Point Diaphragms và định nghĩa nguồn lấy khối lượng từ tải trọng thì ta sẽ bị thiếu khối lượng, vì tải trọng sẽ được chia cho các nút ảo trong khi khối lượng lại chỉ được tính từ các nút thật Kết qủa là nếu ta chia ảo sàn càng nhỏ thì khối lượng bị mất càng nhiều Dẫn đến chu kỳ của công trình nhỏ hơn mức bình thường và người thiết kế nhầm tưởng rằng công trình đã đủ độ cứng

Nếu ta chia các cấu kiện ra nhưng không đúng với quan niệm của phần mềm thì các cấu kiện đó sẽ có độ cứng tăng đột ngột và làm việc sai với chức năng của chúng trong quan niệm tính từ đó dẫn đến các kết quả tính của cả hệ kết cấu sẽ thay đổi

4 4 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TỪ PHẦN MỀM

( xem phần phụ lục )

4.4.1 DAO ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH:

Ở đây ta chỉ phân tích ở 4 mode đầu Xem phần tính dao động

4.4.2 NỘI LỰC

4.4.2.1 NỘI LỰC CỘT:

Xem bảng phụ lục

4.4.2.2 NỘI LỰC DẦM:

Xem bảng phụ lục

CHƯƠNG 5: KẾT CẤU HỒ NƯỚC DƯỚI TẦNG HẦM

Trong công trình gồm 3 loại bể nước:

 Bể nước dưới tầng hầm dùng để chứa nước được lấy từ hệ thống nước thành phố và bơm lên mái

 Bể nước ngầm dùng để chứa nước thải của công trình, xử lý và thải ra đường ống thoát nước thành phố

 Bể nước mái: Gồm 4 bể nước có kích thước bằng nhau cung cấp nước cho sinh hoạt của các bộ phận trong công trình và lượng nước cho cứu hỏa

 Chọn 1 bể nước dưới tầng hầm để tính toán Bể nước được đặt trên hệ cột phụ, đáy bể

cao hơn cao trình sàn hầm 65 cm

.1 TÍNH DUNG TÍCH HỒ

Nước dùng cho sinh hoạt xem gần đúng số người trong cả tòa nhà là 400 người thể tích

nước sinh hoạt cho tòa nhà

Trang thiết bị ngôi nhà: loại IV (nhà có hệ thống cấp thoát nước, có dụng cụ vệ sinh và có thiết bị tắm thông thường, tra bảng 1.1 của sách cấp thoát nước – Bộ Xây Dựng) Ta được :

 Tiêu chuẩn dùng nước trung bình : qtb 170l/người.ngàyđêm(150 200)

 Hệ số điều hoà ngày : Kng = 1.35 (1.35  1.5) theo TCXD –33 –68

 Hệ số điều hòa giờ : DaNio = 1.4 (1.7  1.4)

 Với số đám cháy đồng thời: 1 đám cháy trong thời gian 10 phút, nhà 3 tầng trở lên, tra bảng phụ lục, ta được:

Như vậy ta có tất cả 2 hồ nước và mỗi ngày bơm hai lần do đó dung tích 1hồ có thể chọn

sơ bộ như sau :

Do đó ta chỉ cần tính toán cho một bể

Chiều cao đài:

Hđài =

40,956,5 4,5 = 1,4 m chọn chiều cao đài nước Hđài = 1,5 m

 Chọn bề dày nắp bể h = 8 cm

 Bề dày thành bể h = 12 cm

 Bề dày đáy bể h = 15 cm

 Dầm đáy bể: dầm phương dài 6.5 m kích thước 300x700mm

dầm phương ngắn 4,5 m kích thước 200x400mm

 Dầm nắp bể: 200x300mm

SƠ ĐỒ TÍNH

LIÊN KẾT KHỚP

LIÊN KẾT KHỚP

M m P ;M1m P ; Mi1 nhịp = Mmax ; Mgối = 0,4Mmax ;

Kết quả tính nội lực

TÍNH TOÁN CỐT THÉP

Þ > 10 lọai AIII : Rs = 3360 (kG/cm2)

Bêtông mác 350 : Rb = 145 (KG/cm2)

Kết qua ûtính thép:

Lỗ thăm có kích thước 600x600 Xung quanh lỗ thăm ta gia cường bằng số thép bị mất

đi

As = 600 x 0.503/150 = 2.012 cm2 Chọn mỗi cạnh gia cường 2Þ10 có As = 1.57 cm2

BỐ TRÍ THÉP NẮP BỂ

KIỂM TRA BỀ RỘNG KHE NỨT

(kết quả kiểm tra được thể hiện chung trong phần sau)

.3 TÍNH BẢN ĐÁY HỒ

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG

 Chọn bản đáy dày 15cm

Tỉnh tải

Thành phần Chiếu dày (cm) Tải tiêu chuẩn

(kg/m2)

Hệ số an toàn

Tải tính toán (kg/m2) Lớp vữa ximăng tạo

LIÊN KẾT NGÀM

LIÊN KẾT NGÀM

Kết quả tính nội lực:

Kết quả tính thép:

-Bố trí thép bản đáy:

.4 TÍNH THÀNH HỒÅ

 Chọn chiều dày thành bản hồ là 12 cm để thiết kế

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG

Aùp lực nước phân bố hình tam giác

 Aùp lực nước lớn nhất ở đáy hồ: qntt = ngh = 1.2  1000  1.5 = 1800 (KG/m2)

Tải trọng gió: bể đặt dưới tầng hầm nên không xét đến tải trọng gió

Sơ đồ tính : dầm một đầu ngàm , một đầu tự do chịu tải phân bố tam giác

Các trường hợp tác dụng của tải trọng lên thành hồ :

 Hồ đầy nước, không có gió

 Hồ đầy nước có gió đẩy

 Hồ đầy nướ, có gió hút

 Hồ không có nước, có gió đẩy (hút)

Xét tiết diện chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng gió và nước, tính nội lực và bố trí thép, sau đó kiểm tra tiết diện chịu nén

Tải trọng gió nhỏ hơn nhiều so với áp lực của nước lên thành hồ, ta thấy trường hợp nguy hiểm nhất cho thành hồ là: hồ đầy nước

NỘI LỰC





2 A

p.lM

15 ;

2 max

p.lM

a o n

Þ > 10 lọai AIII : Ra = 3650 (kG/cm2)

Bêtông mác 350 : Rn = 145 (KG/cm2)

Theo phương cạnh dài của bể, đặt thép cấu tạo Þ6a200

KIỂM TRA BỀ RỘNG KHE NỨT

(kết quả được thể hiện chung ở phần sau)

.5 TÍNH TOÁN DẦM NẮP HỒÀÅ NƯỚC

Tải trọng của bản thành, bản nắp và bản đáy được truyền vào dầm Sử dụng phần mềm để tính toán nội lực, giao giữa cột với dầm là nút cứng, trọng lượng bản thân của khung do phần mềm tự tính toán với hệ số an toàn 1.1

 Dầm bản đáy nhịp 6.5m

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG

Tải trọng bản đáy truyền vào được chia theo đường nứt Giá trị lớn nhất tải trọng hình thang và tam giác

qmax = 0.5ql1

SƠ ĐỒ TẢI PHÂN BỐ LÊN DẦM

Gía trị tải trọng tác dụng và nội lực được tính bằng excell như sau:

Dầm nắp:

.5.1.1 TÍNH THÉP DẦM

a Tính thép dọc cho dầm hồ nước

 Chọn tiết diện dầm và cột:

 Dầm đáy bể: dầm phương dài 6.5 m kích thước 300x700mm

dầm phương ngắn 4.5 m kích thước 200x400mm

 Dầm nắp bể: dầm phương dài 6.5 m kích thước 200x400mm

 dầm phương ngắn 4.5 m kích thước 200x300mm

 Cột : 300x300mm

 Công thức tính thép dọc :

 Dùng bê tông mác 350: Rb=145kG/cm2; Rbt=10.5kG/cm2

 Dùng thép chịu lực A-III: Rs=3650kG/cm2; Rsw=2900kG/cm2

M

R b h

  r; x  1 1 2 m xr

 Chiều cao làm việc của bản : ho=h-a ; chọn a=6cm

 Tra bảng chọn thép Achọn và khoảng cách bố trí thép

 Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

1,5R bh bt u

Khả năng chịu cắt nhỏ nhất của bê tông:

 Q db 2,8h0 R bq kG k d( )>Q (thỏa) => không cần bố trí cốt xiên

 Q db 2,8h0 R bq kG k d( )<Q (không thỏa) => ta phải tính cốt xiên

d

R nf q

u



Rsd=1800kG/cm2( dùng thép AI)

Rbt =10,5kG/cm2 (Bê tông mác 300)

d Tính và bố trí thép đai

ta lập bảng tính thép đai sau :

 Vậy ta không cần tính toán cốt xiên cho các dầm của hồ nước

.5.1.2 TÍNH CỘT HỒ NƯỚC

Xuất kết quả nội lực hồ nước từ Etabs