KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
Giới thiệu về công trình
Sự gia tăng dân cư tại các thành phố đã dẫn đến sự xuất hiện của nhiều nhà cao tầng, đáp ứng nhu cầu về việc làm và không gian làm việc Công trình chung cư cao tầng N02 Lĩnh Nam được xây dựng nhằm giải quyết vấn đề này, phục vụ cho các cá nhân, tập thể và doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Hà Nội.
Tòa chung cư cao tầng N02 Lĩnh Nam được thiết kế hiện đại, phù hợp với định hướng phát triển kinh tế, góp phần quan trọng vào sự phát triển hạ tầng, kinh tế và xã hội của thành phố Hà Nội.
1.1.2 Quy mô và đặc điểm công tr ình
Chung cư cao tầng N02 Lĩnh Nam có diện tích 1321,6 m² và bao gồm 14 tầng nổi với chiều cao tổng thể 53,1 m Tòa nhà được thiết kế với 13 tầng dành cho khu phòng ở, tầng dưới cùng phục vụ cho khu dịch vụ và có một tầng hầm để xe.
Tòa nhà được thiết kế theo phong cách kiến trúc hiện đại và đơn giản, sử dụng hệ kết cấu bê tông cốt thép kết hợp với kính và màu sơn, mang lại vẻ sang trọng và quý phái Công trình tọa lạc tại Lĩnh Nam, Quận Hoàng Mai, Hà Nội.
Điều kiện kinh tế xã hội, khí hậu thủy văn
1.2.1 Điều kiện kinh tế x ã h ội
Việc thi công trong thành phố gặp nhiều hạn chế, đặc biệt là trong công tác bê tông, do xe bê tông và xe chở đất chỉ được phép vào thành phố vào ban đêm Nếu cần đổ bê tông vào buổi sáng, cần xin giấy phép từ cảnh sát giao thông Yêu cầu về an toàn vệ sinh lao động và bảo vệ môi trường rất nghiêm ngặt Mặt bằng thi công chật hẹp, gây khó khăn trong việc tập kết phương tiện, máy móc và nguyên vật liệu, cũng như việc bố trí lán trại tạm thời.
1.2.2 Điều kiện khí hậu thủy văn
Công trình tọa lạc tại Hà Nội, nơi có khí hậu cận nhiệt đới ẩm với mùa hè nóng bức và mưa nhiều, cùng mùa đông lạnh và ít mưa Thành phố nằm ở phía Bắc của vành đai nhiệt đới, nhận được lượng bức xạ mặt trời dồi dào suốt năm, với nhiệt độ cao Hà Nội trung bình có 114 ngày mưa mỗi năm, mùa nóng kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9 với nhiệt độ trung bình 28,1 độ C Ngược lại, từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau là mùa đông, nhiệt độ trung bình giảm xuống còn 18,6 độ C, trong khoảng thời gian này, số giờ nắng rất thấp, đặc biệt tháng 2 chỉ có trung bình 1,8 giờ chiếu sáng mỗi ngày do bầu trời thường xuyên bị mây và sương mù che phủ.
Phân tích ch ọn giải pháp kiến trúc cho công tr ình
1.3.1.Gi ải pháp mặt bằng
Thiết kế mặt bằng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa công năng của công trình, đặc biệt là nhà ở cho người dân Một mặt bằng vuông vắn, thông thoáng và linh hoạt sẽ đáp ứng tốt các nhu cầu sinh hoạt, ăn ở của cư dân, đồng thời tạo ra không gian kín đáo và yên tĩnh.
Không gian trong công trình được phân chia bằng các khối tường xây, tạo ra môi trường sống thoải mái và đảm bảo cho con người nghỉ ngơi sau những giờ làm việc và học tập căng thẳng.
Mặt bằng công trình được thiết kế dựa trên kích thước hình khối, thể hiện tính chân thực trong tổ chức dây chuyền công năng Hệ thống lưới cột bao gồm các nhịp 7,2 m đối xứng qua nhịp 4 m.
Mặt bằng công trình được thiết kế dựa trên công năng của dây chuyền, với phòng ở và sinh hoạt là yếu tố chính Kiến trúc mặt bằng đảm bảo thông thoáng, đơn giản nhưng linh hoạt và yên tĩnh, tạo ra các không gian kín đáo và riêng biệt, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đặt ra.
Do đặc điểm của nhà ở chung cư, giao thông được tổ chức thuận lợi với sảnh lớn ở giữa khối nhà, bao gồm lối đi cho người đi bộ và phương tiện từ các nhà để xe Hệ thống giao thông ngang được thiết kế với diện tích lớn và khoảng cách ngắn tới nút giao thông đứng, đảm bảo an toàn cho người sử dụng và hiệu quả kiến trúc.
THANG Má Y p.khá c h p.n g ủ 1 g iặt phơ i p.bÕp w c w c wc w c p.bÕp p.l à m v iệc p.n g ủ 1 p.n g ủ 3 p.n g ủ 4 p.khá c h
Hình 1.1: M ặt bằng tầng điển h ình c ủa công tr ình 1.3.2.Gi ải pháp mặt đứng
Công trình được bố trí dạng hình khối, có ngăn tầng, các ô cửa, dầm bo, tạo cho công trình có dáng vẻ uy nghi, vững vàng
Tỷ lệ chiều rộng - chiều cao hợp lý của công trình không chỉ tạo nên sự hài hòa với tổng thể mà còn giúp kết nối với các công trình lân cận Các ô cửa kính được xen kẽ trang trí, làm tăng thêm vẻ đẹp cho công trình.
Các chi tiết khác như: gạch ốp, màu cửa kính, v.v làm cho công trình mang một vẻ đẹp hiện đại riêng
Hệ thống giao thông của công trình bao gồm 4 thang máy và 2 thang bộ, được bố trí tại nút giao thông chính để kết nối với các tuyến giao thông ngang Ngoài ra, hệ thống này còn tích hợp các kỹ thuật điện và quản lý rác thải, tạo nên sự thuận tiện và hiệu quả trong việc di chuyển.
Mặt đứng công trình mang đến vẻ hiện đại và cảm giác thoải mái cho người sử dụng Chiều cao các tầng được thiết kế phù hợp với công năng, trong đó tầng điển hình có chiều cao 3,6 m, cửa đi cao 2,2 m, lan can ban công cao 1,5 m, và cửa thang máy cao 2,5 m Cầu thang bộ được thiết kế theo kiểu 2 vế với một chiếu nghỉ, riêng tầng dưới cùng có chiều cao 4,5 m Mặt bằng rộng rãi phục vụ chức năng chung, tạo cảm giác thư giãn cho mọi người Dầm bo cao 0,7 m giúp tăng độ cứng theo phương ngang trong mặt phẳng mái, hỗ trợ việc truyền tải trọng gió vào các kết cấu chịu lực.
Hình 1.2: M ặt đứng công tr ình 1.3.3.Gi ải pháp thông gió chiếu sáng
Giải pháp thông gió bao gồm cả thông gió tự nhiên và thông gió nhân tạo
Hệ thống cửa sổ kính và cửa đi giúp cách nhiệt và thông gió hiệu quả cho mỗi phòng Bên cạnh đó, các cửa sổ thông gió được bố trí ở đầu hành lang mỗi tầng, góp phần tạo ra sự đối lưu không khí trong ngôi nhà.
Hà Nội và Việt Nam có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, do đó, việc lắp đặt hệ thống máy điều hòa và quạt thông gió tại mỗi tầng là cần thiết để điều hòa không khí Công trình phục vụ nhu cầu ăn, ở và sinh hoạt của nhiều người, vì vậy yếu tố thông gió nhân tạo đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì môi trường sống thoải mái.
Giải pháp chiếu sáng bao gồm cả chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo Chiếu sáng tự nhiên tận dụng ánh sáng thiên nhiên qua các lớp cửa kính để phân phối ánh sáng vào không gian Bên cạnh đó, hệ thống đèn điện được lắp đặt để đảm bảo ánh sáng tiện nghi vào ban đêm.
Bố trí các phòng và sảnh cần đảm bảo thông thoáng không khí, với các cửa sổ và cửa đi được làm từ chất liệu kính khung nhôm Điều này giúp điều chỉnh và tối ưu hóa điều kiện vi khí hậu, mang lại sự tiện nghi tốt nhất cho không gian sống.
1.3.4 Gi ải pháp cung cấp điện, nước sinh hoạt
Công trình được xây dựng cạnh hệ thống mạng lưới điện và nước của thành phố, mang lại sự thuận lợi trong quá trình sử dụng Hệ thống ống nước được kết nối qua các tầng và thông với bể nước trên mái, với nước được bơm lên từ hệ thống ống dẫn Thiết kế này không chỉ đảm bảo an toàn khi sử dụng mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc sửa chữa.
Nước thải từ các thiết bị vệ sinh như chậu rửa và thoát sàn được thu gom và dẫn vào hệ thống ống thoát nước đứng, nằm trong các hộp kỹ thuật của công trình.
Nước thải từ thiết bị vệ sinh được dẫn vào ống và chuyển đến hệ thống ống thoát nước đứng trong các hộp kỹ thuật, sau đó chảy vào bể tự hoại dưới công trình trước khi thoát ra cống thành phố.
1.3.5 Gi ải pháp cung cấp dịch vụ thông tin li ên l ạc
GI ẢI PHÁP KẾT CẤU V À T ẢI TRỌNG TÍNH TOÁN
Xây d ựng giải pháp kết cấu
Để đạt hiệu quả kinh tế trong công trình xây dựng, việc lựa chọn sơ đồ kết cấu hợp lý là rất quan trọng Sơ đồ này cần đáp ứng các yêu cầu về kiến trúc, khả năng chịu lực, độ bền vững, ổn định và tiết kiệm chi phí.
2.1.1 Các h ệ kết cấu chịu lực cơ bản của nh à nhi ều tầng
2.1.1.1.Các c ấu kiện chịu lực cơ bản của nh à
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 phần quan trọng của công trình, có chức năng tiếp nhận và truyền tải trọng xuống nền đất Nó được hình thành từ một hoặc nhiều cấu kiện cơ bản.
2.1.1.2.Các h ệ kết cấu chịu lực của nh à nhi ều tầng
Hệ khung chịu lực được hình thành từ các cột và dầm liên kết cứng tại các nút giao nhau, tạo thành một cấu trúc vững chắc Các khung phẳng được liên kết với nhau bằng các thanh ngang, hình thành khung không gian Mặc dù hệ kết cấu này khắc phục được nhược điểm của hệ tường chịu lực, nhưng nó vẫn có nhược điểm như tiết diện cấu kiện lớn do phải chịu tải trọng ngang lớn và độ cứng ngang thấp dẫn đến chuyển vị ngang lớn, chưa tận dụng được khả năng chịu tải trọng ngang của lõi cứng.
Hệ tường chịu lực là hệ thống trong đó các tường phẳng đóng vai trò chính trong việc chịu tải trọng đứng Các vách cứng được thiết kế để chịu tải trọng này, tuy nhiên, trong các tòa nhà cao tầng, tải trọng ngang thường chiếm ưu thế Tải trọng ngang được truyền đến các tường thông 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 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 Với khả năng chịu tải trọng ngang tốt, hệ lõi này tận dụng vách tường bê tông cốt thép làm vách cầu thang Để đảm bảo tính năng tối ưu của hệ kết cấu, sàn cần có độ dày và chất lượng thi công tốt, đặc biệt ở 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 trực tiếp lên kết cấu chịu tải nằm trong mặt phẳng tường ngoài, loại bỏ sự cần thiết của các gối trung gian bên trong Hệ thống này có khả năng chịu tải trọng lớn, rất phù hợp cho việc xây dựng các toà nhà siêu cao tầng, thường có từ 80 tầng trở lên.
Hình 2.1: Phân lo ại hệ kết cấu chịu lực trong nh à nhi ều tầng
2.1.2 Các h ệ hỗn hợp và sơ đồ l àm vi ệc của nh à nhi ều tầng
Các hệ hỗn hợp được tạo thành từ sự kết hợp giữa hai hoặc nhiều hệ cơ bản nói trên, một số hệ hỗn hợp thường gặp như sau:
- Hệ khung-tường chịu lực;
- Hệ khung-lõi chịu lực;
- Hệ khung-hộp chịu lực;
- Hệ hộp-lõi chịu lực;
Hệ khung-hộp-tường chịu lực là một phần quan trọng trong các kết cấu hỗn hợp Sự hiện diện của khung ảnh hưởng đến cách làm việc của toàn bộ hệ thống, dẫn đến việc lựa chọn sơ đồ giằng hoặc sơ đồ khung giằng phù hợp.
Sơ đồ giằng là cấu trúc 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 khác như lõi, tường, hộp chịu Trong sơ đồ này, các nút khung có thể được cấu tạo khớp hoặc các cột có độ cứng chống uốn rất nhỏ Theo cách hiểu này, tất cả các hệ chịu lực cơ bản và hỗn hợp từ tường, lõi và hộp chịu lực cũng được coi là thuộc sơ đồ giằng.
Sơ đồ khung-giằng là cấu trúc mà khung cùng chịu tải trọng thẳng đứng và ngang, kết hợp với các kết cấu chịu lực cơ bản khác Trong hệ thống này, khung được liên kết cứng tại các nút, tạo thành khung cứng Do đó, hệ khung chịu lực cũng được phân loại vào sơ đồ khung-giằng.
2.1.3 Đánh giá, lựa chọn giải pháp kết cấu cho công tr ình
Phân tích ưu, nhược điểm của các hệ kết cấu chịu lực trong nhà nhiều tầng cho thấy việc 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 Sự hỗ trợ từ lõi giúp giảm tải trọng ngang tác động lên từng khung, từ đó tối ưu hóa hiệu quả sử dụng khung không gian Vì vậy, giải pháp kết cấu cho công trình chung cư N02 Lĩnh Nam được đề xuất là hệ hỗn hợp kết cấu khung cột chịu lực và dầm bê tông cốt thép kết hợp với lõi chịu tải trọng ngang theo sơ đồ khung-giằng.
2.1.4 L ựa chọn vật liệu l àm k ết cấu công tr ình
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 AII có:
Cường độ tính toán chịu kéo, nén - Rs =Rsc= 280Mpa;
Cường độ tính toán chịu cắt - Rsw = 225Mpa.
L ập mặt bằng kết cấu
2.2.1 L ựa chọn kích thước tiết diện cột
Kích thước tiết diện cột được chọn theo công thức sau:
N – Lực dọc sơ bộ xác địnhtheo công thức:
Diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột là yếu tố quan trọng trong tính toán kết cấu Tải trọng tương đương trên mỗi mét vuông mặt sàn, bao gồm tải trọng thường xuyên và tạm thời, thường được xác định trong khoảng q = (1÷1,5) T/m² Ngoài ra, cần lưu ý số sàn phía trên tiết diện đang xét, bao gồm cả mái, để đảm bảo tính chính xác trong thiết kế.
Rb – Cường độ tính toán về nén của bê tông ; k = 1,2 1,5 – Hệ số xét đến ảnh hưởng khác như mômen uốn, hàm lượng cốt thép, độ mảnh của cột.
Cột sau khi chọn phải kiểm tra lại điều kiện về độ mảnh theo phương cạnh ngắn:
Hình 2.2: M ặt bằng xác định diện tích chịu tải sơ bộ của cột bi ên C1
Hình 2.3: M ặt bằng xác định diện tích chịu tải sơ bộ của cột giữa C2
B ảng 2.1: B ảng lựa chọn kích thước tiết diện của cột
CỘT S N Ayc Ac Tiết Diện
Do kích thước cột vách trên mặt bằng nhỏ, tác giả đã quyết định giữ nguyên kích thước tiết diện cột vách toàn bộ công trình để đảm bảo sự ổn định cho công trình.
Chọnkích thước tiết diện cột là: 90x90(cm) cho cột trong nhà, cột góc và cột biên là cột 60x60(cm)
2.2.2 L ựa chọn sơ bộ tiết diện vách l õi
Theo TCVN 198 – 1997 quy định: Độ dày của thành vách chọn không nhỏ hơn 150mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều cao tầng: (150mm;165mm)
Vậy, chọn sơ bộ độ dày của vách lõi là 250 mm
Mặt bằng định vị cột, vách xem bản vẽ KC-03
2.2.3 L ựa chọn kích thước 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: m d 12 20 , với dầm chính: m d 8 12, với đoạn dầm consol : m d 5 7);
Bề rộng tiết diện dầm bd chọn trong khoảng 0,3 0,5 h d
B ảng 2.2: B ảng lựa chọn kích thước tiết diện dầm tầng điển h ình
D ầm phụ chọn dầm 25x50(cm) Đối với các tầng khác, các tiết diện dầm cũng được tính toán tương tự và được thể hiện trong các bản vẽ KC-01
2.2.4 L ựa chọn chiều d ày sàn
Chiều dày sàn được chọn theo công thức: s h D l
Hệ số D, phụ thuộc vào đặc tính tải trọng theo phương đứng tác động lên sàn, có giá trị từ 0,8 đến 1,4 Nhịp l được tính toán theo phương chịu lực của bản sàn Hệ số m, phản ánh đặc tính làm việc của sàn, dao động từ 35 đến 45 cho sàn làm việc hai phương và từ 30 đến 35 cho sàn làm việc một phương.
Để đảm bảo kết cấu sàn hoạt động như vách cứng trong mặt phẳng ngang, cần có độ cứng tuyệt đối trong mặt phẳng sàn và độ mềm ở mép sàn, điều này giúp duy trì chuyển vị ngang không đổi ở các cao trình nhà cao tầng Sàn cứng hơn sẽ làm giảm chu kỳ và gia tốc dao động, đảm bảo không vượt quá giới hạn cho phép Tuy nhiên, khi “chồng” tầng mà mỗi sàn được tính toán như một sàn độc lập, độ cứng sẽ không được đảm bảo, dẫn đến hiện tượng “rung, lắc” khi có tác động của gió động hoặc động đất Do đó, việc lựa chọn tiết diện sàn phù hợp là cần thiết để đảm bảo độ cứng và khả năng chịu tải của công trình trong các tình huống này.
- Sàn tầng có chiều dày sàn là 16 cm;
- Sàn khu trung tâm thương mại có chiều dày là 30 cm
Tên và ký hiệu của các ô sàn được xem trong bản vẽ KC-02
Mặt bằng kết cấu được lập ra theo đúng như giải pháp đã chọn, xem các bản vẽ KC-01, KC-02, KC-03
Tính toán t ải trọng
2.3.1.1 T ĩnh tải ho àn thi ện (Dead Load - DL)
Tải trọng các lớp tĩnh tải hoàn thiện được 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 ; 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 mục 1.6 phụ lục A
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 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 đề cập trong mục 1.6 phụ lục A.
Chương trình Etabs ver 9.7.4 tính toán tải trọng bản thân của công trình dựa trên khai báo với hệ số trọng lượng bản thân là 1,1.
2.3.2 Ho ạt t ải (Live Load)
Hoạt tải của các phòng được lấy theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737-1995 và được thống kê trong mục 1.6 phụ lục A
2.3.3 T ải trọ ng gió (Wind Load – WL)
2.3.3.1 Tính toán t ải trọng gió th ành ph ần tĩnh Áp lực gió tiêu chuẩn thành phần tĩnh luôn được tính theo công thức sau:
Giá trị áp lực gió W0 được xác định theo bản đồ phân vùng trong phụ lục D và điều 6.4, trong khi hệ số kzj phản ánh sự thay đổi của áp lực gió tại tầng thứ j theo độ cao z, được tra cứu trong bảng 5 Ngoài ra, hệ số khí động c được lấy từ bảng 6 của tiêu chuẩn.
Tải trọng gió tiêu chuẩn thành phần tĩnh tại mức sàn thứ j sẽ là:
Diện tích mặt đón gió tương ứng với mỗi mức sàn được tính theo công thức Sj = (hj + hj+1) × B/2, trong đó hj và hj+1 là chiều cao của tầng thứ j và j+1, còn B là bề rộng mặt đón gió của công trình.
Tải trọng gió tính toán thành phần tĩnh tại mức sàn thứ j sẽ là:
Trong đó: γ – hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, γ=1.2.
Tải trọng gió tĩnh theo phương Ox và phương Oy được tính toán và lập thành bảng xem mục 1.6 phụ lục A phần gió tĩnh (b)
2.3.3.2 Tính toán t ải trọng gió động Điều đầu tiên mà chúng ta cần hiểu thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên công trình là lực do xung của vận tốc gió và lực quán tính của công trình gây ra Giá trị của lực này được xác định trên cơ sở thành phần tĩnh của tải trọng gió nhân với các hệ số có kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình
- Xác định phạm vi tính toán
Khi tính toán các công trình như tháp, trụ, ống khói, cột điện, thiết bị dạng cột, hành lang băng tải, giàn giáo lộ thiên, nhà nhiều tầng cao hơn 40m, và khung ngang nhà công nghiệp một tầng một nhịp có độ cao trên 36m với tỷ số độ cao trên nhịp lớn hơn 1,5, thành phần động của tải trọng gió cần được xem xét Với chiều cao công trình là 53,1m, việc tính toán thành phần động là cần thiết Chi tiết về vấn đề này có thể tham khảo trong mục 1.6 phụ lục A phần gió động (c).
T ổ hợp tải trọng
Các tổ hợp tải trọng được tính toán theo TCVN 2737-1995, cụ thể như sau:
- Tổ hợp 1: Tĩnh tải + Hoạt tải;
- Tổ hợp 2: Tĩnh tải + Gió X;
- Tổ hợp 3: Tĩnh tải - Gió X;
- Tổ hợp 4: Tĩnh tải + Gió Y;
- Tổ hợp 5: Tĩnh tải - Gió Y;
- Tổ hợp 6: Tĩnh tải + 0,9×Hoạt tải + 0,9×Gió X;
- Tổ hợp 7: Tĩnh tải + 0,9×Hoạt tải - 0,9×Gió X;
- Tổ hợp 8: Tĩnh tải + 0,9×Hoạt tải + 0,9×Gió Y;
- Tổ hợp 9: Tĩnh tải + 0,9×Hoạt tải - 0,9×Gió Y;
- Tổ hợp 10: Tổ hợp bao (Tổ hợp 1÷9)
Giá trị nội lực gió được mô hình hóa trong phần mềm Etabs và được thể hiện trong các hình 5 và hình 6 Phụ lục A
L ựa chọn phần mềm, lập sơ đồ tính toán
Phần mền ứng dụng tính toán nội lực: sử dụng phần mền ETABS phiên bản
Hệ kết cấu của nhà là hệ khung kết hợp vách - lõi chịu lực Mặt bằng nhà đối xứng nên ta tính toán nội lực bằng khung không gian.
Trong chương trình Etabs 9.7.4, khung không gian được mô tả với các phần tử dầm và cột được khai báo là frame, phần tử sàn được khai báo là shell, và các phần tử vách cũng như lõi được khai báo là wall.
THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN MÓNG
Điều kiện địa chất công tr ình
Kết quả thăm dò và khảo sát địa chất dưới công trình được trình bày trong bảng dưới đây:
SỐ LIỆU TÍNH TOÁN MÓNG
Lớp đất Chiều dày(m) Mô tả lớp đất
5 Rất dày Cát thô, chặt vừa
Dữ liệu địa chất thu thập từ khoan khảo sát tại công trường và thí nghiệm trong phòng, kết hợp với số liệu xuyên tĩnh, cho thấy đất nền trong khu vực xây dựng bao gồm nhiều lớp đất với thành phần và trạng thái khác nhau.
Ch ỉ tiêu cơ l ý c ủa đất nền
Dung trọng tự nhiên (kN/m 3 ) 17 18.6 17,7 19.1 18.6
Tỉ trọng ∆ - 26,8 26,8 27.1 26,3 Độ ẩm tự nhiên W0(%) - 27.9 38.1 27.2 17 Độ ẩm giới hạn nhão Wnh (%) - 30.4 34,4 38.4 - Độ ẩm giới hạn dẻo Wd (%) - 24.5 20,6 23.7 -
Kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT - N =8 N =1 N NE
Kết quả xuyên tĩnh CPT qc (MPa) - 2 0,21 2.5 12.9
Đánh giá điều kiện địa chất và tính chất xây dựng
Mặt trên toàn khu vực khảo sát có bề dày 1,5m, chủ yếu là lớp đất trồng trọt Lớp đất này được xác định là yếu và khá phức tạp, với độ nén chặt chưa ổn định.
L ớp 2 : L ớp đất cát pha dẻo mềm:
Là lớp đất có chiều dày 6,5m Để đánh giá tính chất của đất ta xét các hệ số sau: + Hệ số rỗng tự nhiên: (1 ) 26,8 1 (1 0,279)
+ Chỉ số dẻo: A = Wnh- Wd= 30,4-24,5=5,9 lớp đất2 là lớp cát pha.
0,5< B< 0,75 Đất ở trạng thái dẻo mềm.
+ Môđun biến dạng: ta có qc= 2 MPa= 2000 kN/m 2
E0 = qc= 4x2000= 8000KN/m 2 ( là hệ số lấy theo loại đất).
Lớp đất này có cường độ trung bình, hệ số rỗng lớn, và góc ma sát cùng môđun biến dạng trung bình Tuy nhiên, với bề dày hạn chế so với tải trọng công trình, lớp đất chỉ phù hợp cho việc đặt đài móng và cọc xuyên qua.
L ớp 3 : L ớp đất sét pha dẻo chảy:
Là lớp đất có chiều dày 7,4m Để đánh giá tính chất của đất ta xét các hệ số sau: + Hệ số rỗng tự nhiên: (1 ) 26,8 1 (1 0,381)
+ Một phần lớp đất nằm dưới mực nước ngầm:
+ Chỉ số dẻo: A = Wnh- Wd= 34,4-20,6,8 7 2D + 0,1 = 1,7m
3.5.1 Giải pháp liên kết hệ đài cọc
Các đài cọc được kết nối bằng hệ giằng, giúp truyền lực ngang giữa các đài cọc và giảm kéo giữa chúng Hệ giằng này không chỉ điều chỉnh và giảm chuyển vị lún lệch mà còn chịu một phần mômen từ cột xuống Thêm vào đó, hệ giằng còn đóng vai trò là gối đỡ cho việc xây tường lên trên.
Thấy rằng khoảng cách giữa các cột là khá xa, nên bố trí tiết diện giằng nhà dựa vào nhịp lớn nhất cho toàn công trình: l = 7,5m
Kích thước giằng móng là b×h = 300x700 mm cho toàn công trình
3.5.2 Xác định sức chịu tải của cọc
1 Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu
- Sức chịu tải của cọc theo vật liệu được tính như sau:
Pcvl = .(m1.m2.Rb.Ab+ Rs.As) Trong đó:
Rb - Cường độ của bê tông cọc = 1450 T/cm 2
Ab - Diện tích tiết diện cọc = 0,5024 m 2
As - Diện tích cốt thép dọc = 30,48
Rs- Cường độ tính toán của cốt thép = 280MPa. m1, m2 - Hệ số phụ thuộc điều kiện làm việc của cọc, m1 = 0,85, m2 = 0,7
- Hệ số uốn dọc, chọn = 1
2 S ức chịu tải của cọc theo đất nền
* Theo cường độ đất nền s p a s p
Do cọc đi qua nhiều lớp đất nên: Q u A q p p u ( ) f l si i
FS - Hệ số an toàn chung (FS = 2 – 3);
FSs - Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên dọc thân cọc (1,5-2)
FSp - Hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc (2-3)
Sức chịu tải của cọc được xác định bởi tổng sức chống cắt cực hạn giữa đất và vật liệu làm cọc ở mặt bên (Qs) và sức gánh đỡ cực hạn của đất ở mũi cọc (Qp).
Qs - Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên
Qp - Sức chịu tải cực hạn do mũi cọc. fs - Ma sát bên đơn vị giữa đất và cọc qp - Cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc
As - Diện tích của mặt bên cọc.
Ap - Diện tích tiết diện mũi cọc fsi - Ma sát bên tại lớp đất thứ i li - Chiều dày của lớp đất thứ i u - Chu vi cọc.
Ma sát trên đơn vị diện tích mặt bên của cọc fs tính théo công thức sau:
. s ai h a ai vi si ai f c tg c K tg
Trong đó: ca - lực dính giữa thân cọc và đất ca = c
a - góc ma sát giữa cọc và đất nền a =
h - Ứng suất pháp hữu hiệu tại mặt bên của cọc được tính theo công thức sau h =K s v
Ứng suất hữu hiệu vi trên mặt phẳng thẳng đứng được xác định bởi trọng lượng bản thân của cột đất, đồng thời cũng cần xem xét đến tác động của lực đẩy nổi khi lớp đất nằm dưới mực nước ngầm.
vi = i h i - Khi không có mực nước ngầm
vi = ( i 1).h i - Khi có mực nước ngầm
Ks - Hệ số áp lực ngang trong đất, với cọc khoan nhồi Ks = 1 - sin
Kết quả tính toán được lập thành bảng tính như sau:
Vậy sức chịu tải do ma sát bên:
Qs = Q si = 284,131 (T) Tính sức chịu tải cực hạn do mũi cọc Qp
Qp = Ap.qp qp = cNc + vp Nq + dN Trong đó:
= 1,86(T/m 3 ) - dung trọng đất nền dưới mũi cọc.
Ap = 0,5024 - diện tích tiết diện ngang mũi cọc. d = 0,8 - đường kính cọc. c = 0 - lực dính đất nền dưới mũi cọc.
vp = 48,1149T/m 2 )- ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất.
Nc , Nq , N - hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu góc ma sát trong
của đất ( 5) và hình dạng mũi cọc, tra bảng.
Sức chịu tải cho phép: s p a s p
*Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền.
- Tính sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo đất nền. tc a tc
Qtc = m(mR.qp.Ap + u m fi f l i i )
Hệ số an toàn Ktc được xác định là 1,4, trong khi hệ số điều kiện làm việc m cho mũi cọc tựa trên lớp đất cát là 1 Hệ số làm việc của đất dưới mũi cọc mR cũng được lấy bằng 1 Đối với hệ số làm việc của đất ở mặt bên cọc fi, giá trị này phụ thuộc vào phương pháp tạo lỗ khoan và được quy định là 0,6 Ma sát bên của lớp đất thứ i (li < 2m) tại mặt bên cọc được tính toán dựa trên giá trị fi tra theo bảng, với chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc là li.
Diện tích tiết diện cọc (A) và chu vi cọc (u) là những yếu tố quan trọng trong thiết kế cọc Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc (qP) được xác định khi mũi cọc được đặt vào lớp cát có độ sệt IL < 0 Công thức tính qP được đưa ra như sau: qP = 0,75 (βγ, IdAPk0 + αγβILk0).
L : Chiều dài cọc. d P : Đường kính cọc khoan nhồi.
Bảng: Tổng hợp các thông số để xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền.
L ớp đất STT Zi fi li mf mf.fi.li
2 cát pha, d ẻo mềm iL
3 Sét pha, d ẻo chảy, iL=1.26
4 Sét pha, n ửa cứng iL=0.23
Qtc = m(mR.qp.Ap + u m fi f l i i ) = 1x(360,67+ 2,512 x 94,128)= 598,12 (T)
Sức chịu tải của cọc theo đặc trưng đất nền:
TÍNH TOÁN MÓNG
1 T ải trọng tính toán tác dụng tại đỉnh móng
- Trọng lượng giằng móng 30x70cm theo cả 2 phương truyền vào đài móng
(coi gần đúng giằng móng có chiều dài bằng khoảng cách giữa các tim cột):
Nội lực tính toán tác dụng tại chân cột:
Nội lực tiêu chuẩn tác dụng tại chân cột:
2 Ch ọn sơ bộ số lượng cọc nc= .N 0 /Pc= 1,3 x 11400,18/4272,3 = 3,46 cọc Chọn nc = 4 cọc ( : Hệ số xét đến ảnh hưởng của mômen và trọng lượng đài; = 1,2 2)
Bố trí như hình vẽ sau:
Sơ đồ bố trí cọc trong đài móng M2
Từ kích thước cọc và số lượng cọc ta chọn được kích thước đài như hình vẽ Với nguyên tắc:
- Khoảng cách giữa các cọc trong đài đảm bảo điều kiện 6D≥ l ≥3D.Ở đây với cọc D0 3D$00mm
- Khoảng cách từ mép ngoài cọc biên đến mép đài gần nhất: s ≥ 0,7D = 0,7x800V0mm Chọn s`0mm
- Lớp bêtông lót dưới đáy đài rộng hơn mép đài 100mm. Đài cọc bố trí như hình vẽ, kích thước sơ bộ của đài chọn : 3,6x3,6x2 m
1 Ki ểm tra chiều sâu chôn đ ài
Chiều sâu chôn đài được xác định từ đáy đài đến mặt đài, với yêu cầu chiều cao tối thiểu hmin Điều kiện này đảm bảo rằng tổng các lực ngang tác dụng vào đài được tiếp thu hoàn toàn tại phần đất đối diện, trong khi cọc chỉ hoạt động như cọc chịu kéo hoặc nén đúng tâm Công thức tính hmin là hmin = 0,7.tg(45°).
: góc ma sát của lớp đất tính từ đáy đài lên trên 0
: dung trọng tự nhiên của lớp đất đặt đài: = 18,6 kN/m 3
Qb: tổng tải trọng ngang, có Qb= Qmax = 21,9 kN b: cạnh đáy đài theo phương cạnh ngắn, b = 3,6m h đ = 2m > hmin=0, 7 tg ( 45 – o 10 ) 21,9 0, 4
2 Ki ểm tra áp lực truyền l ên c ọc
Theo các giả thiết gần đúng coi cọc chỉ chịu tải dọc trục và cọc chỉ chịu nén, kéo. + Trọng lượng đài và đất trên đài:
+Tải trọng tác dụng lên cọc xác định theo công thức:
+ Tải trọng tiêu chuẩn tại đáy đài là:
+ Phản lực tính toán của cọc tại đáy đài ( không kể trọng lượng bản thân đài và lớp đất phủ từ đáy đài trở lên):
S ố liệu tải trọng tác dụng tại đầu cọc v à ph ản lực cọc tại mức đáy đ ài
Cọc yi (m) yi 2 (m 2 ) Pi (KN) P0i (KN)
Pmin = 3035,79kN > 0 Vậy tất cả các cọc đều chịu nén, Không cần kiểm tra theo điều kiện nhổ cọc.
+ Trọng lượng bản thân cọc:
→ Vậy cọc đảm bảo khả năng chịu lực
3 Tính toán ki ểm tra đ ài c ọc a) Kiểm tra điều kiện chọc thủng
- Tính toán c ột đâm thủng đ ài
+ Chọn lớp bảo vệ a cm
Chiều cao làm việc của đài: ho=2-0,2 =1,8m
+ Việc tính toán đâm thủng được tiến hành theo công thức sau:
Pdt: lực đâm thủng bằng tổng phản lực của cọc ngoài phạm vi đáy tháp đâm thủng.
Sơ đồ tính toán cột đâm thủng đài
Pcdt – lực chống đâm thủng:
C1, C2 – khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép của đáy tháp đâm thủng
1, 2 - các hệ số được xác định như sau:
Vậy Pđt = 12174,32 kN < P cđt = 21708 kN
Chiều cao đài thỏa mãn điều kiện chống đâm thủng.
- Ki ểm tra kh ả năng h àng c ọc chịu lực lớn chọc thủng đ ài theo ti ết diện nghi êng Điều kiện kiểm tra Pct≤ β.bbt.h0.Rbt
Sơ đồ tính toán cột đâm thủng đài
C– khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép của hang cọc chịu lực lớn nhất.
→Pct = 6086,74 (kN)< β.bbt.h0.Rbt = 1,56 x 360 x 180 x 0.1 = 10108,8 (KN)
Chiều cao đài thỏa mãn điều kiện chống đâm thủng. b) Tính toán cường độ tr ên ti ết diện thẳng đứn g-Tính c ốt thép đ ài
- Xem đài cọc là tuyệt đối cứng và làm việc như bản công xôn ngàm tại mép cột.
* Tính toán thép cho đài
- Mômen tại mép cột theo mặt cắt I - I là :
Trong đó : r1 - là khoảng cách từ trục cọc 1,2 đến mặt cắt I – I
Chiều dài mỗi thanh: L đ - 2a = 3,6 - 2×0,035=3.53m min
- Mômen tại mép cột theo mặt cắt II-II là :
Trong đó : r2 - là khoảng cách từ trục cọc 1,3 đến mặt cắt II – II
Chiều dài mỗi thanh: L đ - 2a = 3,6 - 2×0,035=3,53m min
4 Ki ểm tra sức chịu tải của đất nền Độ lún của nền móng tính theo độ lún của nền khối móng quy ước, chiều cao khối móng quy ước tính từ đáy đài đến mũi cọc với góc mở (Nhờ ma sát giữa diện tích xung quanh cọc và khố đất bao quanh nên tải trọng móng được truyền xuống nền với diện tích lớn hơn xuất phát từ mép ngoài cọc biên từ đáy đài và mở rộng góc về mỗi phía).
+ Điều kiện kiểm tra : pqư≤ Rđ và Pmaxqu≤1,2 Rđ
+ Xác đinh khối móng quy ước :
Chiều cao khối móng được quy ước tính từ mặt đất đến mũi cọc Hm 2 (m) Góc mở được xác định theo TCVN, tính từ mép hàng cọc biên góc và bắt đầu từ lớp đất thứ 2.
Diện tích đáy móng khối quy ước xác định theo công thức:
F qư = (A1+2.L.tg( tb / 4))×(B1+2.L.tg( tb / 4)) Trong đó:
L: chiều dài cọc tính từ lớp đất thứ 2 tới mũi cọc = 29,5 m
Fq ư = (3,6 + 2x29,5xtan4,7 o )x(3,6 + 2x29,5xtan4,7 o )= 64,81 m 2 Chiều dài đáy móng quy ước là :
Chiều rộng đáy 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:
N1 = F qư h đ tb = 64.91×2×20 = 2596.4kN + Trọng lượng khối đất từ mũi cọc tới đáy đài:
Qc =Fc.lc. c n= 0,5024×30×25×407.2 kN + Tải trọng tiêu chuẩn tại đáy khối móng quy ước:
M qư = M0x = 18.21 kN.m Áp lực tiêu chuẩn dưới đáy khối móng quy ước: max
* Sức chịu tải của nền đất dưới đáy khối móng quy ước tính theo công thức của Terzaghi:
Với lớp đất thứ 5 có: φ = 35 o ta có N γ @,7; Nq 3,3; Nc = 46,1
: dung trọng của đất tại đáy móng = 18,6 kN/m 3
’: dung trọng của đất từ đáy móng đến mặt đất tự nhiên (4,5x18,6+17,7x7,4+19,1x7,6+18,6x10)/29,5 = 18,5 kN/m 3 c: lực dính của đất tại đáy móng (c = 0)
Như vậy nền đất dưới mũi cọc đảm bảo khả năng chịu lực.
5 Ki ểm tra độ lún của móng cọc
+Ứng suất bản thân tại đáy khối móng quy ước:
Ứng suất gây lún ởđáy khối móng quy ước:
768,13 - 591,546.59 kN/m 2 (***) Độ lún của móng cọc có thể được tính gần đúng theo lý thuyết đàn hồi:
Tính theo chiều sâu H, sẽ xuất hiện một nghịch lý khi ứng suất phụ tăng lên tỷ lệ thuận với độ sâu, dẫn đến S lớn hơn Sghm Tuy nhiên, thực tế cho thấy công trình vẫn hoạt động an toàn (Trích từ Hội thảo khoa học lần 3 - 2010, Ths Lê Anh Hoàng, Khoa Kỹ thuật & Công nghệ, Đại học Mở TPHCM)
1 T ải trọng tính toán tác dụng tại đỉnh móng
- Trọng lượng giằng móng 30x70cm theo cả 2 phương truyền vào đài móng
(coi gần đúng giằng móng có chiều dài bằng khoảng cách giữa các tim cột):
Nội lực tính toán tác dụng tại chân cột:
Nội lực tiêu chuẩn tác dụng tại chân cột:
2 Ch ọn sơ bộ số lượng cọc nc= .N0/Pc= 1,2 x 6206,9/4272,3 = 1,74 cọc Chọn nc = 2 cọc.
( : Hệ số xét đến ảnh hưởng của mômen và trọng lượng đài; = 1,2 2)
Bố trí như hình vẽ sau:
Sơ đồ bố trí cọc trong đài móng M1
Từ kích thước cọc và số lượng cọc ta chọn được kích thước đài như hình vẽ Với nguyên tắc:
- Khoảng cách giữa các cọc trong đài đảm bảo điều kiện 6D≥ l ≥3D.Ở đây với cọc D0 3D$00mm
- Khoảng cách từ mép ngoài cọc biên đến mép đài gần nhất: s ≥ 0.D = 0.7x800V0mm Chọn s`0mm
- Lớp bêtông lót dưới đáy đài rộng hơn mép đài 100mm. Đài cọc bố trí như hình vẽ, kích thước sơ bộ của đài chọn : 3,6x1,2x1,7 m
1 Ki ểm tra chiều sâu chôn đ ài
Chiều sâu chôn đài được xác định từ đáy đài đến mặt đài, với điều kiện h > hmin, trong đó hmin là chiều cao tối thiểu của đài nhằm đảm bảo rằng tổng các lực ngang tác dụng vào đài được tiếp thu hoàn toàn tại phần đất đối diện Cọc chỉ hoạt động như cọc chịu kéo hoặc nén đúng tâm Công thức tính hmin là hmin = 0,7.tg(45°).
: góc ma sát của lớp đất tính từ đáy đài lên trên 0
: dung trọng tự nhiên của lớp đất đặt đài: = 18,6 kN/m 3
Qb: tổng tải trọng ngang, có Qb= Qmax = 4,69 kN b: cạnh đáy đài theo phương cạnh ngắn, b = 1,2m h đ = 1,7m > hmin=0, 7 tg ( 45 – ) o 9 4, 69 0, 274
2 Ki ểm tra áp lực truyền l ên c ọc
Theo các giả thiết gần đúng coi cọc chỉ chịu tải dọc trục và cọc chỉ chịu nén, kéo. + Trọng lượng đài và đất trên đài:
+Tải trọng tác dụng lên cọc xác định theo công thức:
+ Tải trọng tiêu chuẩn tại đáy đài là:
+ Phản lực tính toán của cọc tại đáy đài ( không kể trọng lượng bản thân đài và lớp đất phủ từ đáy đài trở lên):
S ố liệu tải trọng tác dụng tại đầu cọc v à ph ản lực cọc tại mức đáy đ ài
Cọc yi (m) yi 2 (m 2 ) Pi (KN) P0i (KN)
Pmin = 3222,4kN > 0 Vậy tất cả các cọc đều chịu nén, Không cần kiểm tra theo điều kiện nhổ cọc
+ Trọng lượng bản thân cọc:
→ Vậy cọc đảm bảo khả năng chịu lực.
3 Tính toán kiểm tra đài cọc a) Kiểm tra điều kiện chọc thủng
- Tính toán c ột đâm thủng đ ài
+ Chọn lớp bảo vệ acm
Chiều cao làm việc của đài: ho=1,7-0,15 =1,65 m
+ Việc tính toán đâm thủng được tiến hành theo công thức sau:
Pdt: lực đâm thủng bằng tổng phản lực của cọc ngoài phạm vi đáy tháp đâm thủng
Sơ đồ tính toán cột đâm thủng đài
Pcdt – lực chống đâm thủng:
C1, C2 – khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép của đáy tháp đâm thủng
1, 2 - các hệ số được xác định như sau:
P cđt = 5,17x (60+50)x165x0,1= 9283,55 kN Vậy Pđt = 3649,44 kN < P cđt = 9283,55 kN
Chiều cao đài thỏa mãn điều kiện chống đâm thủng.
- Ki ểm tra khả năng h àng c ọc chịu lực lớn chọc thủng đ ài theo ti ết diện nghi êng Điều kiện kiểm tra Pct≤ β.bbt.h0.Rbt
Sơ đồ tính toán cọc đâm thủng đài
C– khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép của hang cọc chịu lực lớn nhất.
→Pct = 3649,44 (kN)< β.bbt.h0.Rbt = 2,41 x 3,6 x 1,65 x 900 = 12883,86 (KN)
Chiều cao đài thỏa mãn điều kiện chống đâm thủng
4 Tính toán cường độ tr ên ti ết diện thẳng đứng -Tính c ốt thép đ ài
- Xem đài cọc là tuyệt đối cứng và làm việc như bản công xôn ngàm tại mép cột.
* Tính toán thép cho đài
- Mômen tại mép cột theo mặt cắt I - I là :
Trong đó : r1 - là khoảng cách từ trục cọc 1 đến mặt cắt I – I
Chiều dài mỗi thanh: L đ - 2a = 3,6 - 2×0,05=3,5 m min
*Tính toán moomen theo mc II-II, tính toán sức chịu tải đất nền, tính lún tương tự M1
B ố trí c ốt thép đ ài, gi ằng móng
3.7 1 Cơ sở tính toán cốt thép cho đ ài c ọc a Đài 2 cọc
- Cốt thép ngang (ở đỉnh đài và đáy đài) thường dùng ≥ 5 cm 2 cho mỗi mét chiều dài của đài cọc;
- Cốt thép dọc thường dùng ≥ 3h cm 2 cho mỗi mét bề mặt của đài cọc ( h là chiều cao của đài);
- Cốt thép trung gian thường dùng khoảng 4 cm 2 cho mỗi mét là mặt cạnh của đài (thép ngang, thép dọc dùng ≥ 14 mm, thép trung gian dùng ≥ 10 mm).
Hình 3.4: Sơ đồ bố trí cốt thép đ ài 2 c ọc
Cốt thép giằng móng được thiết kế và bố trí dựa trên giá trị nội lực từ biểu đồ mô men trong phần mềm Etabs, tương tự như cách tính toán và bố trí cho các cấu kiện dầm Đối với đài 4 cọc, việc bố trí cốt thép cũng cần tuân thủ các nguyên tắc kỹ thuật để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
Thép được bố trí ở mặt trên, mặt dưới và mặt cạnh của đài cọc với diện tích 6cm² cho mỗi 1m chiều dài bề mặt, sử dụng thép có đường kính từ 12 đến 18 mm Đường kính thép sẽ tăng theo kích thước của cọc khoan nhồi, tức là cọc lớn hơn sẽ cần thép có đường kính lớn hơn Loại thép thường sử dụng là AII.
*Chi tiết bố trí cốt thép xem bản vẽ KC-11
THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN THÂN
Cơ sở lý thuyết tính c ột b ê tông c ốt 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 x z y
Hình 4.1: Mô hình bi ểu 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 gần đúng để tính toán cốt thép, chuyển đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương Phương pháp này dựa trên các nguyên tắc trong tiêu chuẩn BS8110 của Anh và ACI 318 của Mỹ 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 ti ết diện chữ nhật
Xét tiết diện có cạnh Cx ,Cy Điều kiện để áp dụng phương pháp gần đúng là:
Cốt thép được bố trí theo chu vi, với mật độ phân bố đồng đều, tuy nhiên có thể tăng cường mật độ cốt thép tại cạnh b, như đã được giải thích trong bảng mô hình tính toán.
Tiết diện chịu lực nén N và mômen uốn Mx, My, cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên eax và eay, được phân tích khi uốn theo hai phương Qua đó, hệ số x và y được tính toán, cho thấy mômen đã gia tăng.
Tùy thuộc vào mối quan hệ giữa giá trị Mx1, My1 và kích thước các cạnh, có thể 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.
B ảng 4.1: Mô hình tính toán c ột 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 e0 và giá trị x1để phân biệt các trường hợp tính toán.
Trường hợp 1: Nén lệch tâm rất bé khi 0
h tính toán gần như 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 Ast: e b e st sc b
Cốt thép được 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 Ast 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 Ast theo công thức sau:
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 ti ết 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 4.1.1.
Đối với tiết diện vuông có cốt thép bố trí đều quanh chu vi với số lượng từ 12 thanh trở lên (12, 16, 20,…), có thể tính gần đúng bằng cách quy đổi về tiết diện tròn với đường kính D = 1,05 × Cx Phép tính này áp dụng cho lực nén N và mômen tổng.
M M M Tính toán theo tiết diện tròn cốt thép Ast, chọn và bố trí cốt thép cho tiết diện vuông.
4.1.3 Đánh giá và xử lý kết quả
Giá trị Asttính có thể là dương, âm, lớn hoặc nhỏ, và việc đánh giá tính hợp lý của nó được thực hiện thông qua tỉ lệ cốt thép s st.
A với AC 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 4.1a)
4.2.1 C ốt thép d ọc 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 dùng 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 được phân bố đều quanh chu vi Đối với cấu kiện nén lệch tâm, tiết diện chữ nhật cần đặt cốt thép dọc chịu lực tập trung ở hai bên cạnh b, với cốt thép A s ở phía chịu nén nhiều hơn và cốt thép A s ở phía đối diện chịu kéo hoặc nén ít hơn Khi A s bằng A s, cốt thép sẽ đối xứng; ngược lại, khi A s khác A s, sẽ có cốt thép không đối xứng.
Việc đặt cốt thép dọc chịu lực đối xứng trong cấu kiện cột bê tông cốt thép (BTCT) không chỉ giúp đơn giản hóa quá trình thi công mà còn hợp lý về mặt chịu lực, đặc biệt khi cấu kiện phải chịu mô men 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 ít 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 phải chịu mômen không đồng đều, với M theo một chiều lớn hơn M theo chiều kia Việc tính toán cần chứng minh rằng việc áp dụng cốt thép không đối xứng sẽ mang lại hiệu quả tiết kiệm đáng kể.
là tỉ số phần trăm cốt thép Giá trị và
không bé hơn min Theo TCXDVN 356-2005, giá trị minlấy theo độ mảnh l 0
B ảng 4.2: Giá tr ị tỉ số cốt thép tối thiểu
Khi chưa 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, cốt thép dọc có thể được bố trí đều theo chu vi của tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm Việc này giúp tăng khả năng chịu uốn của cấu kiện theo cả hai phương và tránh tình trạng đặt quá nhiều thép ở một cạnh, từ đó giảm khó khăn trong thi công.
Gọi Ast 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 xác định bằng A × với Ab, trong đó A st = A s + A s' và A b = b × h 0 cho 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 và cấu kiện nén trung tâm, Ab bằng diện tích tiết diện.
Nên hạn chế tỉ số cốt thép t
Giá trị 0 được xác định là 2 min, trong khi max phụ thuộc vào cách sử dụng vật liệu Để hạn chế việc sử dụng thép, người ta thường chọn 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 C ốt 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 khoảng giữa cạnh h để chịu ứng suất từ bê tông co ngót và nhiệt độ thay đổi, 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 đặt cốt thép dọc chịu lực theo chu vi, thì không cần thiết phải đặt cốt thép dọc cấu tạo nữa.
Hình 4.3: C ốt thép dọc cấu tạo v à c ốt 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 là khi 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 chú ý để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của cấu trúc.
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;
R sc 400 MPa lấy k = 12 và a 0 400 mm;
Nếu tỉ lệ cốt thép dọc 1,5% cũng như 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 cốt thép dọc chịu nén không bị phình ra Để đạt được điều này, các cốt thép dọc phải được đặt vào vị trí uốn của cốt thép đai, với khoảng cách giữa các chỗ uốn không quá 400 mm 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 bao quanh toàn bộ cốt thép dọc.
Áp d ụng tính toán bố trí cốt thép cấu kiện cột
4.3.1 B ố trí cốt thép dọc cấu kiện cột
Trong mặt bằng định vị cột, 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 mỗi tổ hợp tải trọng (Combo), việc tính toán được thực hiện tại hai vị trí là đầu và cuối cột.
Tính toán thép cho cột dựa theo tiêu chuẩn mới TCXDVN 356 – 2005 nên các thông số về vật liệu lấy theo tiêu chuẩn này có giá trị như sau:
Bê tông cấp độ bền B25 có: Rb = 14,5 MPa = 1450 T/m 2
Thép AII có: Rs = Rsc = 280 MPa = 28000 T/m 2
Tính toán cốt thép cho cột 2C tầng trệt (C20 trong etabs)
Chiều dài tính toán cột l o 0, 7 h 0, 7 3, 00 2,1 m
- Độ lệch tâm ngẫu nhiên theo 2 phương
h bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc Lấy hệ số ảnh hưởng của uốn dọc 1
Các cặp nội lực nguy hiểm được lựa chọn để tính toán được trích xuất từ bảng tổ hợp nội lực Do cấu trúc cột vuông và sự bố trí cốt thép đối xứng, chỉ cần xem xét các nội lực có giá trị lớn mà không cần chú ý đến dấu của chúng.
Tính toán với cặp nội lực 1 :
Giả thiết: a 4 cm h o h a 90 4 86 cm ; Z h 2 a 90 2 4 82 cm
- Độ lệch tâm ngẫu nhiên: e a e ax 0, 2e ay 3 0,2 3 3,6 cm
- Với kết cấu siêu tĩnh 1
Tính theo trường hợp nén lệch tâm rất bé, gần như nén đúng tâm
- Hệ sốảnh hưởng độ lệch tâm:
- Khi 14 104 lấy theo công thức sau:
- Hệ số uốn dọc phụthêm khi xét nén đúng tâm:
- Diện tích toàn bộ cốt thép dọc:
Chọn cốt thép: 22 22 có diện tích là 83,6 cm 2
Kiểm tra hàm lượng cốt thép trong cột min ax
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 được tổng hợp vào các bảng phụ lục B.
4.3.2 B ố trí cốt thép đai cấu kiện cột
Theo TCXD 198–1997, cốt đai trong cột cần được lựa chọn với đường kính và bố trí phù hợp với yêu cầu cấu tạo Cụ thể, đường kính cốt đai phải lớn hơn 1/4 đường kính lớn nhất của cốt dọc và không nhỏ hơn 5mm Đường kính cốt dọc lớn nhất được quy định là 25mm.
1c ốt dọc; 5 mm) = max(5,5mm ; 5mm) = 5,5 mm, chọn 8
Trong đoạn nối chồng cốt thép dọc: a min(10 cốt dọc ;500mm) = min(220mm; 500mm) = 220mm ;
Bố trí khoảng cách cốt đai (u) còn lại như sau: a min(15c ốt dọc ;500mm) = min(330; 500) = 330(mm) ;
Chi tiết cốt thép cột được thể hiện trong bản vẽ KC-06, 07
Cơ sở lý thuyết tính dầm b ê tông c ốt thép
Bài toán yêu cầu tính toán dầm BTCT với tiết diện chữ nhật và cốt đơn, trong đó chỉ có cốt thép As được đặt trong 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 bao gồm các yếu tố sau: Ứng suất trong cốt thép chịu kéo As đạt cường độ chịu kéo tính toán Rs, trong khi ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt cường độ chịu nén tính toán Rb Sơ đồ ứng suất có dạng hình chữ nhật, và cần lưu ý rằng vùng bê tông chịu kéo không được tính vào khả năng chịu lực do đã xuất hiện nứt.
Hình 4.4: S ơ đồ ứng suất của tiết diện có cốt đơn 4.4.2 Các công th ức 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.
M = R × b × (h - x) (4-14) là công thức tính toán cường độ theo trạng thái giới hạn, đảm bảo rằng tiết diện không vượt quá giới hạn cường độ.
Kết hợp (4-13) và (4-15), ta có:
M A R h x (4-16) 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 cường độ chịu nén và chịu kéo tính toán của bê tông và cốt thép Chiều cao của vùng bê tông chịu nén được ký hiệu là x, trong khi b là bề rộng của tiết diện Chiều cao làm việc của tiết diện, ký hiệu h0, được tính bằng công thức 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.
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 As 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: 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 , có giá trị là 500MPa đối với tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và ngắn hạn Đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn và tải trọng đặc biệt, giá trị 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 lượng cốt thép thì hàm lượng cốt thép cực đại của tiết diện sẽ là: max b R s
Nếu lượng 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, vì toàn bộ lực kéo sẽ do cốt thép chịu trách nhiệm Để ngăn chặn tình trạng này, cần phải đảm bảo lượng cốt thép phù hợp trong cấu trúc bê tông.
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 Thông thường, giá trị min được khuyến nghị là 0,05% cho các cấu kiện chịu uốn.
4.4.4 Tính toán ti ết diện
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 các công cụ đơn giản, người ta thường thực hiện việc 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 b ê tông c ốt thép
Dầm là cấu kiện có chiều cao và chiều rộng của tiết diện ngang nhỏ so với chiều dài, với các tiết diện phổ biến như chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang và hình hộp, trong đó tiết diện chữ nhật và chữ T thường gặp 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 trong khoảng 1/8 đến 1/20 của nhịp dầm Khi lựa chọn kích thước b và h, cần cân nhắc đến yêu cầu kiến trúc và việc định hình ván khuôn.
Hình 4.5: Các d ạng 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 lo ại cốt thép trong dầm a) 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 được đặt chủ yếu ở vùng kéo của dầm, nhưng cũng có thể xuất hiện tại vùng nén Diện tích tiết diện ngang của cốt dọc này được xác định dựa trên trị số 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 các cấu trúc có chiều cao từ 15 cm trở lên, cần thiết phải sử dụng ít nhất hai thanh cốt dọc Trong trường hợp chiều cao nhỏ hơn 15 cm, chỉ cần một thanh cốt dọc Cốt dọc chịu lực có thể được bố trí theo một hoặc nhiều lớp, và cần tuân thủ các nguyên tắc cấu tạo đã được quy định.
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 cốt dọc chịu kéo theo tính toán Nó cũng giúp chịu đựng các ứng suất do co ngót và biến đổi nhiệt độ Thông thường, cốt thép có đường kính từ 10 đến 12mm được áp dụng cho mục đích này.
Cốt thép phụ được lắp đặt vào mặt bên của tiết diện dầm khi chiều cao vượt quá 70cm, nhằm chịu đựng các ứng suất do co nhót và nhiệt độ Chúng cũng đóng 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 đóng vai trò quan trọng trong việc chịu nội lực cắt Q, giúp liên kết vùng bê tông chịu nén với vùng bê tông chịu kéo để tiết diện có khả năng chịu mômen Góc nghiêng của cốt xiên thường là 45 độ, nhưng đối với dầm có chiều cao trên 80 cm, góc này là 60 độ, còn với dầm thấp và bản thì góc là 30 độ Đường kính cốt đai thường dao động từ 6 đến 10mm, và khi chiều cao dầm đạt 80cm trở lên, cần sử dụng cốt đai có đường kính từ 8mm trở lên Cốt đai có thể có một nhánh, hai nhánh hoặc nhiều nhánh, và khoảng cách cùng diện tích cốt xiên và cốt đai được xác định thông qua tính toán kỹ lưỡng.
Áp d ụng tính toán bố trí cốt thép cấu kiện dầm
4.6.1 B ố 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.
Tính toán dầm D2-1 phần tử B27( tầng 7): b h 30 70( cm 2 )
Khi tính toán tiết diện đầu và cuối dầm, do giá trị mô men ở hai đầu dầm gần như bằng nhau, chúng ta chọn giá trị lớn hơn để thực hiện tính toán và bố trí thép, với M = 317,8 (kN.m).
Chọn cốt thép: có diện tích là: 22,3cm 2
Kiểm tra hàm lượng cốt thép: min
Kiểm tra khảnăng chịu lực:
Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép 2,5cm, tính được:
Vậy: M 31,78 kNmM gh 489,7 kNm(thỏa mãn khả năng chịu lực).
- Tính với tiết diện giữa dầm M = 144 ( kN.m)
Giả thiết a = 4cm = 0,04m Chiều cao có ích: h 0 h a 0, 70 0, 04 0, 66 m Độ vươn của cánh 1 7,5 1,25
Ta xét giá trị mô men ứng với trường hợp trục trung hòa đi qua mép của cánh:
Có: M = 144kN.m < Mf = 3767,68,2kN.m, trục trung hòa đi qua cánh Việc tính toán được tiến hành như đối với tiết diện chữ nhật b h
Giả thiết a = 0,04m, chiều cao có ích: h 0 h a 0, 70 0, 04 0, 66 m
Chọn cốt thép: có diện tích là: 11,4 cm 2
Hàm lượng cốt thép: min
Ki ể m tra kh ả năng chị u l ự c:
Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép 2,5cm, tính được: 0,025 0,02 0,0377 a 2 m
Vậy: M AB 144 kNmM gh 213,706 kNm(thỏa mãn khả năng chịu lực)
Tính toán cốt thép dọc các dầm tầng điển hình được thể hiện các bảng phụ lục C
4.6.2 B ố 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 = -20,7 (T) a)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 B25
Qmax = 20,7(T) < 88,08 (T) Thoã mãn điều kiện. b)Kiểm tra điều kiện bê tông có đủ khả năng chịu cắt không:
Hệ số k1 = 0,6 đối với dầm
Qmax = 20,7(T) > 12,757(T) 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 AI, có diện tích tiết diện là f đ = 0,50310 -4 m 2 ,
R ađ = 16000 T/m 2 Số nhánh cốt đai n = 2.
Khoảng cách cốt đai được lấy như 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 8a100, đoạn giữa dầm đặt 8a200
Chi tiết cốt thép dầm được thể hiện trong phụ lục C và bản vẽ KC 04, 05
Thi ết kế kết cấu s àn
4.7.1 Mặt bằng ô sàn tầng điển hình
Hình 4.7 Mặt bằng ô sàn tầng điển hình
4.7.2 Thiết kế cho cấu kiện sàn
- TA XÉT TỶ SỐ L2/L1 VỚI L2 VÀ L1 LÀ NHỊP TÍNH TOÁN CỦA Ô BẢN, TA PHÂN LOẠI CÁC Ô BẢN NHƯ SAU:
BẢNG PHÂN LOẠI Ô BẢN SÀN:
Tải trọng tác dụng nên ô sàn phòng ở: q = qsàn + q tường + p hoạt tải =gtt+p hoạt tải ô sàn loại ô sàn tĩnh tải sàn
(KN/m2) hoạt tải tinh toán (KN/m2) tải trọng tác dụng q(KN/m2)
- Xác định nội lực: Tính theo sơ đồ đ àn h ồi
1 Lý thuy ết tính toán xác định nội lực ô s àn s1
- Nội lực được xác định bằng công thức:
Mômen dương ở giữa bản theo hai phương:
- Công thức tính toán của momen M M 1 ; 2 theo sơ đồđàn hồi là:
Mômen âm dọc theo các cạnh bản:
- M A 1 ; M B 1 được tính theo công thức:
- M A 2 ; M B 2 được tính theo công thức:
4.7.2.2 TÍNH TOÁN BẢN SÀN CỤ THỂ THEO SƠ ĐỒ ĐÀN HỒI:
1 4.7.2.2.1 Tính toán ô b ản k ê b ốn cạnh:
Tính toán ô sàn phòng ngủ S1 :
Kích thước 6,5x3,4(m) làm việc theo 2 phương.
Bản liên kết ngàm 4 cạnh
Nhịp tính toán của ô bản là : l = 3,8 m ; l = 6,5 m q = 6,4 + 2,4 = 8,8 kN/m 2
Tra phụ lục 6 theo sơ đồ IV sách Sàn sườn bê tông cốt thép – GS.TS Nguyễn Đình
Với l t 2 / l t 1 6200 / 3500 1, 7 có 1 0, 02; 2 0, 0069 và 1 0, 0438; 2 0, 0152 Momen dương: M1 = 1 q L L 1 2 = 0, 02 8,8 6,5 3,8 4,34 kNm
M2 = 2 q L L 2 1 =0, 0069 8,8 6,5 3,8 1,5 kNm Momen âm: MA1= 1 q L L 1 2 =-0, 0438 8,8 6, 5 3,8 9,52kNm
* Tính c ốt thép chịu mômen dương:
Chọn thép 10 (As= 79 mm 2 ), chọn số thanh trong đoạn 1 m:
Khoảng cách giữa các cốt thép:
Chọn 8 100( a mm ) để làm cốt thép chịu lực
Theo phương còn lại chọn thép 8 200( a mm )
* Tính c ốt thép chịu mômen âm:
Chọn thép 10 (As= 79 mm 2 ), chọn số thanh trong đoạn 1 m:
Khoảng cách giữa các cốt thép:
Chọn 10 100( a mm ) để làm cốt thép chịu lực.
Theo phương còn lại chọn thép 10 200( a mm )
4.7.2.2.2 Momen của sàn làm việc 1 phương
- Tính dải bản 1 phương, liên tục theo sơ đồđàn hồi có thể sử dụng các phương pháp cơ học kết cấu về tính toán dầm liên tục
Tính toán b ản loại dầm:
Cắt một dải bản rộng 1m coi sơ đồ tính như dầm liên tục nhịp 6,5m
Nhịp tính toán của ô bản là : l1 = 2,8 m l2 = 6,5 m
Chọn thép 10 (As= 79 mm 2 ), chọn số thanh trong đoạn 1 m:
Khoảng cách giữa các cốt thép:
Chọn 10 100( a mm ) để làm cốt thép chịu lực.
Theo phương còn lại chọn thép 10 200( a mm )
Chọn thép 10 (As= 79 mm 2 ), chọn số thanh trong đoạn 1 m:
Khoảng cách giữa các cốt thép:
Chọn 10 100( a mm ) để làm cốt thép chịu lực
Theo phương còn lại chọn thép 10 200( a mm )
4.7.3 Tính toán ô b ả n sàn S1( sơ đồ khớp dẻo)
Nhịp tính toán của ô bản được xác định như hình vẽ l1 = 3,8 m l2 =6,5 m
Xét tỷ số hai cạnh ô bản:
l Bản chịu uốn theo 2 phương, tính toán theo sơ đồ bản kê 3 cạnh ngàm và một cạnh ngàm đàn hồi(theo sơ đồ khớp dẻo)
Theo mỗi phương của ô bản tưởng tượng cắt ra một rải rộng b = 1(m)
Tổng tải trọng toàn phần là: q = 6,4 + 2,4 = 8,8 kN/m 2
Với r = 1,71 ta tra được giá trị của các hệ số từ bảng 2.2 cuốn “ Sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối” của GS.Nguyễn Đình Cống
So sánh cho thấy rằng giá trị mô men ở ô bản văn phòng và hành lang nhỏ hơn giá trị mô men 1,96 kN.m ở ô bản phong vệ sinh Do giá trị ở ô bản văn phòng thấp và đã bố trí cốt thép theo cấu tạo, nên không cần tính toán cốt thép cho ô bản văn phòng trong và ngoài nữa.
Vậy ta đặt thép theo cấu tạo 10a200, có As = 2,51(cm 2 )
2 Tính toán b ản loại dầm: (theo sơ đồ khớp dẻo)
Cắt một dải bản rộng 1m coi sơ đồ tính như dầm liên tục nhịp 2,8 m
Nhịp tính toán của ô bản là : l1 = 2,8 m l2 = 6,5 m
Chọn thép 10 (As= 79 mm 2 ), chọn số thanh trong đoạn 1 m:
Khoảng cách giữa các cốt thép:
Chọn 10 100( a mm ) để làm cốt thép chịu lực.
Chọn thép 10 (As= 79 mm 2 ), chọn số thanh trong đoạn 1 m:
Khoảng cách giữa các cốt thép:
Chọn 10 100( a mm ) để làm cốt thép chịu lực. Đối với bản sàn còn lại được trình bày trong các bảng phụ lục D và bản vẽ KC -09