KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
Gi ới thiệu về công tr ình
Sự gia tăng dân cư tại các thành phố đã dẫn đến sự xuất hiện nhiều nhà cao tầng, đồng thời nhu cầu về việc làm và không gian làm việc cũng tăng cao Do đó, công trình chung “Cao ốc ánh sáng thành phố Đà” được phát triển để đáp ứng những nhu cầu này.
Dự án "Lạt" được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu chức năng cho văn phòng làm việc, trưng bày, mua bán và sinh hoạt tại thành phố Đà Lạt.
Cao ốc ánh sáng Đà Lạt mang thiết kế hiện đại, phù hợp với định hướng phát triển kinh tế, góp phần nâng cao cơ sở hạ tầng và phát triển xã hội của thành phố Đà Lạt.
1.1.2 Quy mô và đặc đ i ểm công tr ình
- Công trình xây dựng là một công trình nhà cấp 2 gồm 10 tầng và 1 tầng hầm
- Chiều cao toàn bộ ngôi nhà là 39,5m
Công trình xây dựng được thiết kế theo tiêu chuẩn của Việt Nam, với diện tích phòng và không gian làm việc phù hợp cho các chức năng như văn phòng, trưng bày, mua bán và sinh hoạt.
Công trình được xây dựng với mặt chính hướng ra đường Trần Phú, có cổng kéo di động và lùi vào 10,5m để thuận tiện cho xe cộ và xe cứu hỏa khi cần thiết Mặt phụ dọc theo đường Bà Triệu cũng có cổng kéo, lùi sâu 12m để tạo điều kiện cho xe cứu hộ dễ dàng quay đầu Phương án thiết kế này nhằm đảm bảo trật tự và an toàn giao thông.
Điều kiện kinh tế xã hội, khí hậu thủy văn
1.2.1 Điều kiện kinh tế x ã h ội
Do hạn chế về điều kiện thi công trong thành phố, đặc biệt là đối với công tác bê tông, xe chở bê tông và đất chỉ được vào thành phố vào ban đêm Nếu cần đổ bê tông vào buổi sáng, cần phải xin giấy phép từ cảnh sát giao thông Ngoài ra, yêu cầu về an toàn lao động và bảo vệ môi trường rất cao Mặt bằng thi công chật hẹp gây khó khăn trong việc tập kết thiết bị, máy móc, nguyên vật liệu và bố trí lán trại tạm thời.
1.2.2 Điều kiện khí hậu thủy văn a Khí hậu:
Đà Lạt, với độ cao và rừng thông bao quanh, sở hữu nhiều đặc điểm của miền ôn đới Nhiệt độ trung bình tại đây dao động từ 18°C đến 21°C, trong khi nhiệt độ cao nhất chưa bao giờ vượt quá mức này.
Đà Lạt có khí hậu mát mẻ với nhiệt độ trung bình từ 30°C đến 5°C Thành phố này trải qua hai mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 và mùa nắng từ tháng 11 đến tháng 4 Vào mùa hè, thường có mưa vào buổi chiều, đôi khi có mưa đá Đà Lạt không bị bão, chỉ có gió lớn do ảnh hưởng của bão từ biển thổi vào, vì sườn Đông không có núi che chắn.
Dựa trên tài liệu khảo sát địa chất, đặc điểm nền đất khu vực xây dựng được đánh giá là tương đối tốt Công trình xây dựng sẽ được thực hiện trên nền đất với các lớp cấu tạo cụ thể để đảm bảo mặt bằng ổn định.
Mực nước ngầm là loại nước không áp, xuất hiện khá sâu, cách mặt đất tự nhiên 3,4m.
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 đáp ứng dây chuyền công năng của công trình, đặc biệt là nhà ở cho người dân Giải pháp mặt bằng cần đảm bảo tính vuông vắn, thông thoáng, linh hoạt, kín đáo và yên tĩnh, phù hợp với nhu cầu sinh hoạt và ăn ở của cư dân.
Không gian trong công trình được phân chia bằng các khối tường xây, tạo ra môi trường sống lý tưởng cho con người Điều này giúp đảm bảo các điều kiện sinh hoạt và nghỉ ngơi thoải mái sau những giờ làm việc và học tập căng thẳng.
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 yếu tố công năng của dây chuyền, với phòng ở và sinh hoạt là yếu tố chính Kiến trúc mặt bằng thông thoáng, đơn giản nhưng linh hoạt và yên tĩnh, tạo ra không gian kín đáo và riêng tư, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra.
Với đặc điểm của nhà ở chung cư, hệ thống giao thông được tổ chức hợp lý với sảnh lớn nằm ở giữa khối nhà, bao gồm lối đi cho người đi bộ và phương tiện từ các nhà để xe Thiết kế giao thông ngang có diện tích mặt bằng rộng và khoảng cách ngắn nhất tới nút giao thông đứng, đảm bảo an toàn cho người sử dụng và nâng cao hiệu quả kiến trúc.
Hình 1.1: Mặt bằng tầng điển hình của công trình
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 và chiều cao hợp lý của công trình không chỉ tạo nên vẻ hài hòa cho tổng thể mà còn giúp kết nối tốt với các công trình lân cận Các ô cửa kính được xen kẽ trang trí, làm nổi bật thêm vẻ đẹp của 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 đứng bao gồm 2 thang máy và 2 thang bộ, được bố trí tại nút giao thông chính của công trình, liên kết với các tuyến giao thông ngang Ngoài ra, hệ thống này còn kết hợp với các kỹ thuật điện và xử lý rác thải.
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
Mặt cắt ngang của công trình cho thấy rằng độ cao các tầng cần phù hợp với công năng sử dụng Tầng điển hình có chiều cao 3,6 m, cửa đi cao 2,3 m, và cửa thang máy cao 2,2 m Cầu thang bộ được thiết kế là loại cầu thang 2 vế với một chiếu nghỉ, tạo không gian rộng rãi và thoải mái cho người sử dụng Tầng hầm có chiều cao 3,3 m.
Hình 1.3: Mặt đứng công trình
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 được thiết kế để đảm bảo cách nhiệt và thông gió hiệu quả cho từng phòng Bên cạnh đó, các cửa sổ thông gió tại đầu hành lang mỗi tầng giúp tạo ra sự đối lưu không khí trong nhà.
Khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của Đà Lạt và Việt Nam đòi hỏi các công trình phải có hệ thống điều hòa không khí và quạt thông gió tại mỗi tầng Đặc biệt, vì đây là nơi sinh hoạt và nghỉ ngơi của nhiều người, việc đảm bảo thông gió nhân tạo là cực kỳ quan trọng.
Giải pháp chiếu sáng bao gồm cả chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo Chiếu sáng tự nhiên tận dụng ánh sáng từ thiên nhiên qua các cửa kính để phân phối ánh sáng vào không gian sống Bên cạnh đó, hệ thống đèn điện được lắp đặt để đảm bảo ánh sáng tiện nghi cho các hoạt động vào ban đêm.
Để đảm bảo không khí thông thoáng cho các phòng và sảnh, việc bố trí hợp lý là rất quan trọng Sử dụng cửa sổ, cửa đi và hệ thống thông gió bằng kính khung nhôm 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 điện và nước của thành phố, mang lại sự thuận tiện trong quá trình sử dụng Hệ thống ống nước liên kết qua các tầng và thông với bể nước trên mái, được máy bơm cung cấp nước lên Bố trí hệ thống 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, được lắp đặt trong các hộp kỹ thuật của công trình.
Nước thải từ thiết bị vệ sinh được dẫn vào ống và chảy vào hệ thống ống thoát nước đứng trong các hộp kỹ thuật, sau đó được chuyển đến bể tự hoại dưới công trình để thoát ra cống thành phố.
1.3.5 Gi ải pháp cung cấp dịch vụ thông tin li ên l ạc
Tầng 1 là nơi đón tiếp khách và cũng là nơi cung cấp các dịch vụ thông tin khác nhằm hướng dẫn các khách hàng một cách thận lợi nhất Riêng các tầng ở, mỗi tầng đều có một phòng trực tầng gồm cả chức năng thông tin, dịch vụ điện thoại, v.v
1.3.6 Các gi ải pháp khác
GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ TẢI 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 không gian này hoạt động như một kết cấu độc lập.
Hệ kết cấu chịu lực của nhà nhiều tầng đóng vai trò quan trọng trong việc nhận và truyền tải trọng xuống nền đất, 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 khung phẳng Các khung này kết nối với nhau bằng các thanh ngang, hình thành nên khung không gian Hệ kết cấu này khắc phục nhược điểm của hệ tường chịu lực, tuy nhiên, nó 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, chưa khai thác triệt để khả năng chịu tải trọng ngang của lõi cứng.
Hệ tường chịu lực là cấu trúc trong đó các tường phẳng đóng vai trò chính trong việc chịu lực Các vách cứng được thiết kế để chịu tải trọng đứng, nhưng trong các công trình cao tầng, tải trọng ngang thường chiếm ưu thế hơn Tải trọng ngang được truyền đến các tường thông qua bản sàn, và các tường cứng hoạt động như dầm consol với chiều cao lớn Giải pháp này phù hợp cho các công trình có chiều cao hạn chế và yêu cầu không gian bên trong không quá lớn.
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 Nó có khả năng chịu tải trọng ngang tốt và tận dụng vách tường bê tông cốt thép làm vách cầu thang Để hệ kết cấu hoạt động hiệu quả, sàn cần phải dày và chất lượng thi công giữa chỗ giao của sàn và vách cần được đảm bảo.
Hệ hộp chịu lực (IV) là một cấu trúc truyền lực hiệu quả, nơi các bản sàn được gối trực tiếp vào kết cấu chịu tải nằm trong mặt phẳng tường ngoài, loại bỏ nhu cầu về 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 từ 80 tầng trở lên.
Hình 2.1: Phân loại hệ kết cấu chịu lực trong nhà nhiều 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, từ đó dẫn đến việc lựa chọn sơ đồ giằng hoặc sơ đồ khung giằng phù hợp.
Sơ đồ giằng là một khái niệm quan trọng trong xây dựng, nơi 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 đến từ các kết cấu khác như lõi, tường và hộp Trong sơ đồ này, tất cả các nút khung có thể được thiết kế với cấu tạo khớp hoặc các cột có độ cứng chống uốn rất thấp Theo quan điểm này, tất cả các hệ chịu lực cơ bản và hỗn hợp từ tường, lõi và hộp đều được xem là một phần của sơ đồ giằng.
Sơ đồ khung-giằng là một cấu trúc mà khung cùng chịu tải trọng thẳng đứng và ngang, tương tự như các kết cấu chịu lực cơ bản khác Trong trường hợp này, khung có liên kết cứng tại các nút, được gọi là khung cứng 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 áp dụng kết cấu lõi chịu tải trọng đứng và ngang kết hợp với khung sẽ nâng cao hiệu quả chịu lực toàn hệ thống, đồng thời tối ưu hóa việc sử dụng khung không gian Sự hỗ trợ của lõi giúp giảm tải trọng ngang tác động lên từng khung Do đó, giải pháp kết cấu cho công trình chung cư Vạn Lộc được xác định 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 CII 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 cần xem xét, với tải trọng tương đương tính trên mỗi mét vuông mặt sàn thường dao động từ 0.8 đến 1.1 T/m², bao gồm cả tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời Ngoài ra, cần tính đến số sàn phía trên tiết diện đang xét, bao gồm cả mái.
Rb – Cường độ tính toán về nén của bê tông ;
Bêtông B25 có R b,5MPa = 145 KG/cm 2 50 T/m 2
Bảng 2.1: Bảng lựa chọn kích thước tiết diện của cột
2.2.2 L ựa chọn sơ bộ tiết diện vách l õi, vách thang máy
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;150mm)
Vậy, chọn sơ bộ độ dày của vách lõi là 300 mm
Mặt bằng định vị cột, vách xem bản vẽ KC-05
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
- Dầm chính: (L = 9); bd ầm= (0,3 0,5)hd => Chọn bd = 40(cm); hd = (1/8 1/12)L = (1/8 1/12)x900 = (75 110)cm => Chọn hd = 80cm;
Chọn tất cả các dầm có tiết diện (40x80)cm
- Dầm phụ: hd = (1/12 1/20)L Các tiết diện dầm được thống kê bảng dưới:
Bảng 2.2: Bảng lựa chọn kích thước tiết diện dầm tầng điển hình
TT Tên dầm Loại dầm Nhịp Tiết diện tính toán Tiết diện chọn
12 DP1-8 Conson 0.9 0.06 0.1 0.075 0.045 0.2 0.4 Đối với các tầng khác, các tiết diện dầm cũng được tính toán tương tự và được thể hiện trong các bản vẽ KC-07
2.2.4 L ựa chọn chiều d ày sàn
Công thức xác định chiều dày bản sàn như sau: hs = D l m (2 - 6) Trong đó:
Hệ số D phụ thuộc vào đặc tính của tải trọng theo phương đứng tác dụng lên sàn, với giá trị D nằm trong khoảng từ 0,8 đến 1,4 Nhịp l được tính toán theo phương chịu lực của bản sàn Hệ số m cũng phụ thuộc vào đặc tính làm việc của sàn, trong đó m có giá trị từ 35 đến 45 cho sàn làm việc theo 2 phương và từ 30 đến 35 cho sàn làm việc theo 1 phương.
Xét các ô sàn : Dựa vào kích thước các cạnh của bản sàn trên mặt bằng kết cấu ta phân các ô sàn ra làm 2 loại:
+ Loại 1: Các ô sàn có tỷ số các cạnh l2/l1 ≤ 2 ô sàn làm việc theo 2 phương (thuộc loại bản kê 4 cạnh).
+ Loại 2: Các ô sàn có tỷ số các cạnh l2/l1 2 ô sàn làm việc theo 1 phương (thuộc loại bản dầm).
Bảng 2.3: Bảng lựa chọn kích thước tiết diện sàn
Tên ô sàn l1 (m) l2 (m) l2/l1 Loại ô bản D m l Hs
Dưới đây là bảng dữ liệu về các sản phẩm với các thông số kỹ thuật khác nhau Sản phẩm S1 có chiều dài 3.50 và chiều rộng 3.65 với độ dày 1.04, thuộc loại bản kê 4 cạnh, có kích thước 0.8 và góc 45 độ Sản phẩm S2 có chiều dài 2.20 và chiều rộng 3.65, độ dày 1.65, cũng là bản kê 4 cạnh Sản phẩm S3 có chiều dài 3.65 và chiều rộng 4.30, độ dày 1.17 Sản phẩm S4 có chiều dài 4.25 và chiều rộng 4.50, với độ dày 1.05 Sản phẩm S5 có chiều dài 3.25 và chiều rộng 4.25, độ dày 1.30 Sản phẩm S6 là bản loại dầm với chiều dài 1.60 và chiều rộng 3.50, độ dày 2.18 Sản phẩm S7 cũng là bản loại dầm, có chiều dài 2.34 và chiều rộng 6.50, với độ dày 2.77 Sản phẩm S8 có chiều dài 2.40 và chiều rộng 3.90, độ dày 1.62, thuộc loại bản kê 4 cạnh Sản phẩm S9 có chiều dài 4.10 và chiều rộng 5.40, với độ dày 1.31 Cuối cùng, sản phẩm S10 là bản loại dầm với chiều dài 1.30 và chiều rộng 3.10, độ dày 2.38.
Để đáp ứng giả thiết về kết cấu sàn là vách cứng trong mặt phẳng ngang, điều này có nghĩa là sàn có độ cứng tuyệt đối trong mặt phẳng và mềm ở mép, dẫn đến chuyển vị ngang không thay đổi ở mỗi cao trình của nhà cao tầng Sàn cứng giúp giảm chu kỳ dao động và gia tốc dao động, đảm bảo không vượt quá giới hạn cho phép Tuy nhiên, nếu mỗi sàn được tính toán như một sàn độc lập khi "chồng" tầng lên, độ cứng của giả thiết sẽ không hoàn toàn đảm bảo, gây ra hiện tượng "rung, lắc" khi tính toán đến các yếu tố động như gió và động đất Do đó, để đảm bảo sàn nhà có độ cứng cần thiết và khả năng chịu tải trong điều kiện gió động hoặc động đất, việc chọn tiết diện sàn là rất quan trọng.
- Sàn tầng có chiều dày sàn là 10cm;
- Sàn khu vệ sinh, ban công có chiều dày sàn là 10cm;
Mặt bằng kết cấu được lập ra theo đúng như giải pháp đã chọn, xem các bản vẽ KC-07, KC-08, KC-09
Tính toán tải 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: tt tc 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 vượt tải
Trường hợp tải Mô tả Chiều dày(m)
Bản BTCT tự tính theo bề dày 2500 1.1
Trường hợp tải Mô tả Chiều dày(m)
Bản BTCT tự tính theo bề dày 2500 1.1
Trường hợp tải Mô tả Chiều dày(m)
Tải trọng bản thân Bản BTCT tự tính theo bề dày 2500 1.1
Vữa xi măng lót Vữa trát trần
Trường hợp tải Mô tả Chiều dày(m)
BTCT tBản ự tính theo bề dày
Trường hợp tải Mô tả Chiều dày(m)
Bản BTCT tự tính theo bề dày
Lớp BT nhẹ tạo dốc
Trường hợp tải Mô tả Chiều dày(m)
TT tính toán (daN/m 2 ) Tải trọng bản thân Bản BTCT tự tính theo bề dày 2500 1.1
2.3.1.2 T ĩnh 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 của tường, cần lưu ý rằng trọng lượng do cửa đi và cửa sổ chiếm khoảng 30% Để điều chỉnh, ta có thể nhân trọng lượng tường với hệ số 0,7 để có được kết quả gần đúng.
STT Tên CK Các l ớp cấu tạo
Kh ối lượng riêng (Kg/m 3 )
T ải tr ọng tiêu chu ẩn (Kg/m 2 ) n
T ải tr ọng Tính toán (Kg/m 2 )
TT chưa kể đến cửa (Kg/m 2 )
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 tải (Live Load)
Trong đó: Ptp – Tải trọng tiêu chuẩn toàn phần
Np – Hệ số vượt tải
Hoạt tải của các phòng được lấy theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737-
STT Các phòng chức năng TT tiêu chuẩn
Hệ số TT tính toán
3 Sảnh, hành lang, cầu thang 300 1.2 360
2.3.3 T ải trọng gió (Wind Load – WL)
Theo TCVN 2737-1995, áp lực tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió được xác định: W = n × k × c × W0
+ W0: là áp lực gió tiêu chuẩn Với địa điểm xây dựng tại TP.Vĩnh Phúc thuộc vùng gió II-B, ta có W0 = 95 daN/m 2 = 0.095 T/m 2
+ n : Hệ số vượt tải của tải trọng gió n = 1,2
+ c : Hệ số khí động C được tra bảng theo tiêu chuẩn và lấy : c = + 0,8 ( gió đẩy ) c ’ = - 0,6 ( gió hút )
Hệ số k được sử dụng để tính toán sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao, và nó được nội suy từ bảng tra dựa trên các độ cao Z của cốt sàn tầng cùng với dạng địa hình B.
Bảng tính toán tải trọng gió tĩnh:
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 XX;
- Tổ hợp 4: Tĩnh tải + Gió Y;
- Tổ hợp 5: Tĩnh tải + Gió YY;
- 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 XX;
- 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 YY;
- Tổ hợp 10: Tổ hợp bao (Tổ hợp 1÷9)
Trong đó: Gió XX là gió trực đối với gió X, tương tự như vậy với gió Y và gió YY.
Lựa 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, trong khi các phần tử sàn được xác định là phần tử shell Đồng thời, các phần tử vách và lõi được khai báo là phần tử wall.
THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN MÓNG
L ập phương án kết cấu ngầm cho công tr ình
3.2.1.Đề xuất phương án móng
Việc chọn phương án móng cần xem xét điều kiện địa chất thủy văn và tải trọng tại chân cột, nhằm đảm bảo yêu cầu về độ lún của công trình Bên cạnh đó, địa điểm xây dựng cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn biện pháp thi công cọc.
Lực dọc lớn nhất tại chân cột là khá lớn nên phải chọn móng cọc sâu để đưa tải trọng xuống lớp cuội sỏi phía dưới.
Do vậy,các giải pháp móng có thể sử dụng được là:
+ Phương án móng cọc ép
+ Phương án móng cọc khoan nhồi
- Phương án móng cọc ép:
-Không gây chấn động mạnh;
-Dễ thi công , kiểm tra được chất lượng cọc ;
-Tiết diện cọc nhỏ do đó sức chịu tải của cọc không lớn;
- Khó thi công khi phải xuyên qua lớp sét cứng hoặc cát chặt
- Phương án móng cọc khoan nhồi :
- Có thể khoan đến độ sâu lớn, cắm sâu vào lớp cuội sỏi;
- Kích thước cọc lớn, sức chịu tải của cọc rất lớn, chịu tải trọng động tốt;
- Không gây chấn động trong quá trình thi công
- Thi công phức tạp, cần phải có thiết bị chuyên dùng;
- Khó kiểm tra chất lượng cọc;
- Giá thành tương đối cao.
Với 2 phương án trên ta thấy rằng sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi là phù hợp hơn về yêu cầu sức chịu tải cũng như khả năng thi công thực tế cho công trình Thực tế cho thấy việc sử dụng móng cọc khoan nhồi cho nhà cao tầng ở Vĩnh Yên là hợp lý
3.2.2 Xác định sức chịu tải của cọc
Dựa trên phương án đề xuất, lực dọc lớn nhất tại chân cột truyền xuống móng khoảng 9000 kN, vì vậy chúng tôi chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi với đường kính lớn Cọc được sử dụng có đường kính 60 cm và phải được cắm vào lớp cuội sỏi (lớp thứ 6 trong bảng 3.1) với chiều dài khoảng 1m Cần tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi dựa trên vật liệu làm cọc.
Theo TCVN 10304-2014, sức chịu tải của vật liệu cọc P tính theo công thức:
Ru – Cuờng độ tính toán của bê tông cọc khoan nhồi; Ru`kG/cm 2
Ru = R/4,5 nhưng không lớn hơn 60 kG/cm 2 – đổ bê tông trong nước (dd sét);
Ru = R/4,0 nhưng không lớn hơn 70 kG/cm 2 – đổ bê tông trong lỗ khoan khô;
R – Mác thiết kế của bê tông cọc;
Ran – Cường độ tính toán của cốt thép; Ran 67kG/cm 2 ;
Ran = Rc/1,5 và không lớn hơn 2200 kG/cm 2 đối với thép d < 28;
Rc – Giới hạn chảy của cốt thép;
Ap – Diện tích tiết diện cọc; Ap=0,283 m 2
Fa – Diện tích tiết diện cốt thép dọc trục; Fa ,36cm 2
P VL T b Tính toán s ứ c ch ịu tải của cọc theo đất nền
Q s là ma sát giữa cọc và đất quanh cọc 1
Q c là lực kháng mũi cọc Q c 2 RF
2 :hệ sốđiều kiện làm việc của đất với cọc
R: là cường độ tính của đất ở mũi cọc, với độ sâu mũi cọc là 22,20m so với cốt tự nhiên, mũi cọc hạ vào lớp cuội sỏi, tra bảng ta được R 67kG /cm 2
F: là diện tích tiết diện đầu cọc
1: hệ số điều kiện làm việc của đất với cọc u i : là chu vi cọc, với tiết diện cọc không đổi u i =const
Lực ma sát trung bình của lớp đất thứ i quanh cọc được xác định bằng cách chia đất thành các lớp h i ≤ 2 m, coi như đất đồng nhất Để tính toán, cần lập bảng tra theo loại đất và cao trình trung điểm của lớp đất đã chia Kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPT sẽ được sử dụng để tính toán sức chịu tải của cọc.
- Tính sức cản phá hoại của đất ở mũi cọc Qc: c cm
Q kq F Trong đó: k: là hệ số phụ thuộc loại đất và loại cọc, tra được k=0,4 q cm : là sức kháng xuyên của đất ở mũi cọc, q cm 50T/m 2
F: là diện tích tiết diện mũi cọc, F=0,283m2
- Tính sức kháng ma sát của đất ở thành cọc Q c :
Trong đó: u: là chu vi tiết diện đầu cọc, u=1,885 m
Hệ số i phụ thuộc vào loại đất và loại cọc của lớp đất i, trong khi q ci là sức kháng xuyên của lớp đất đó Chiều dày của lớp đất i được ký hiệu là h i Để tính toán sức chịu tải của cọc, cần dựa vào kết quả từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).
Công thức tổng quát tính toán sức mang tải cho phép của móng cọc theo kết quả SPT có thể lấy theo đề nghị của Bộ xây dựng Nhật:
Q - Sức chịu tải cho phép của cọc, tấn;
Ap - Diện tích tiết diện cọc, m 2 ;
Ls - Chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát, m;
Lc - Chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét, m;
Na - Giá trị N30 của đất dưới mũi cọc, búa/30cm;
Ns - Giá trị N30 của đất cát bên thân cọc, búa/30cm;
C - Lực dính của đất sét bên thân cọc, tấn/m 2 ;
- Hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công:
(Cọc khoan nhồi:15 Cọc đóng
Kết quả tính toán được trình bày trong bảng Phụ lục
Kết luận: So sánh hai giá trị sức chịu tải của cọc theo vật liệu và theo nền đất Ta chọn ra giá trị nhỏ nhất để thiết kế.
3.2.3 Tính toán s ố lượng cọc trong đ ài
Số cọc khoan nhồi của mỗi đài móng được tính toán bố trí sơ bộ dựa vào lực dọc lớn nhất tại chân cột Nmaxtheo công thức:
- k: Hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen,( k 1 1,5);
- [P]: Sức chịu tải của một cọc;
Mặt bằng định vị chân cột, lõi vách trong Etabs xem ở hình B.1 Phụ lục
Số lượng cọc cho từng đài móng được tính toán cụ thể trong bảng B.2 Phụ lục
Khoảng cách giữa hai tim cọc liền kề là (3 ÷ 6)D;
Khoảng cách từ tim cọc biên đến mép đài là D;
Trong đó: D là đường kính cọc khoan nhồi.
Chi tiết bố trí cọc khoan nhồi và mặt bằng kết cấu móng được thể hiện trong bản vẽ KC-20, KC-21
3.2.4 Xác định kích thước đ ài móng, gi ằng móng
Dựa trên số cọc được bố trí cho một đài đã tính toán ở mục 3.2.3 đồng thời theo kinh nghiệm, ta đưa ra kích thước đài móng như sau:
- Chiều cao đài cọc: h đ 2 D 10 cm ; (D – đường kính của cọc);
- Cạnh dài và cạnh ngắn của đài móng tính theo khoảng cách từ tim cọc biên đến mép đài
tb :góc ma sát trong của các lớp đất trên đáy đài tb 9 25 o '
tb 1,85( / T m 3 ) :dung trọng tự nhiên của các lớp đất trên đài
Chiều sâu của đài cọc: H d 1, 6 m
Các kích thước chi tiết của đài móng được thể hiện trong bản vẽ KC-20-KC 21
Kích thước giằng móng được xác định giống như cách tính cho dầm, đồng thời cần xem xét nội lực từ chân cột truyền xuống, như thể hiện trong bảng 3.2.
Bảng 3.2: Kích thước tiết diện của giằng móng (cm)
Tên giằng móng Chiều cao tiết diện h Chiều rộng b
GM1, GM5, GM8, GM9, GM10 80 40
GM2, GM3, GM4, GM6, GM7
3.2.5 L ập mặt bằng kết cấu móng cho công tr ình
Sau khi tính toán, xác định được kích thước của cọc, đài móng, giằng móng tiến hành lập mặt bằng kết cấu móng cho công trình
Mặt bằng kết cấu móng được thể hiện trong bản vẽ KC-19
3.2.6 Ki ểm tra phản lực tác dụng lên đầu cọc
Toàn bộ công trình được mô hình hóa theo sơ đồ tổng thể 3D, cho phép phân tích đồng thời kết cấu bên trên và hệ đài giằng bằng phần mềm Etabs ver 9.7.4 Đài móng được mô phỏng là các tấm bản, tính đến ảnh hưởng của độ dày chịu cắt, giằng móng và cọc, với cọc nhồi áp dụng lý thuyết cọc trên nền đàn hồi, sử dụng gối lò xo dưới chân cọc Độ cứng của gối lò xo được tính toán theo định luật Hooke, với công thức k = P.
– P là lực tác dụng lên một cọc, để đơn giản ta có thể lấy P = [P] ;
– là độ lún của đài cọc i, sơ bộ có thể lấy theo kinh nghiệm 2 cm
Sau đó ta thực hiện các bước để xây dựng mô hình đài móng như sau:
Bước đầu tiên là khai báo một tầng đài móng mới với chiều cao bằng bề dày của đài móng Chúng ta sẽ chọn khai báo tầng Foundation có chiều cao 2,0 m.
Bước 2: Tiến hành khai báo đài móng, giằng móng và các cọc bằng cách sử dụng các tấm sàn có độ dày 2,0m, cùng với dầm và cột có kích thước tương ứng với các tiết diện đã được lựa chọn.
+ Bước 3: Vẽ các cọc, đài cọc và giằng trên phần mềm Etabs dựa vào bản vẽ mặt bằng bố trí cọc và đài giằng ;
+ Bước 4: Gán các gối đàn hồi cho cọc khoan nhồi với độ cứng k đã tính toán và chạy sơ đồ.
Việc tính toán, kiểm tra phản lực tác dụng lên đầu cọc thể hiện trong bảng
3.2.7 Ki ểm tra đ ài c ọc
Kiểm tra cho đài 4 cọc a Ki ểm tra điều kiện cột đâm thủng đ ài
Giả thiết bỏ qua ảnh hưởng của cốt thép ngang
Lực tác dụng lên các cọc (lấy kết quả từ phần mềm Safe 2016) :
Hình 3.2: Mô hình kiểm tra điều kiện cột đâm thủng đài M6 Điều kiện :
C1; C2 - Khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép của đáy tháp đâm thủng.
Do C 1 C 2 0,5 h 0 0,5 1400 100 650 mm nên lấy C1 = C2 = 0,5h0 = 650 mm bc; hc - Kính thước cột (bc = 400 mm; hc = 800 mm);
Rk - Cường độ tính toán chịu kéo của bêtông: R k 105 T / m 2
Như vậy : P = 793,7 T < 856,76, thoả mãn điều kiện chống chọc thủng do cột. b Ki ểm tra khả năng chịu cắt tr ên ti ết diện nghi êng
Kiểm tra theo điều kiện :
Q - Tổng phản lực của các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng:
C = 500 mm < 0,5h0 = 700 mm nên lấy C = 0,5h0 để tính
Vậy đài cọc thỏa mãn điều kiện chống cắt trên tiết diện nghiêng
3.2.8 Ki ểm tra lún của công tr ình
Thông thường, móng cọc khoan nhồi đều đảm bảo điều kiện về độ lún theo kinh nghiệm nên không cần kiểm tra lún cho công trình.
Tính toán thi ết kế cốt thép cọc, đ ài, gi ằng
- Thép đai nhóm CI, Rađ= 18000 T/m 2
Cốt thép trong cọc khoan nhồi được thiết kế theo quy định sau đây:
- Cốt thép dọc bố trí theo tính toán;
- Nếu cọc chịu nén đúng tâm thì cốt thép chỉ cần bố trí đến 1/3 chiều dài cọc (ở phía đầu cọc);
- Nếu cọc chịu uốn, chịu kéo, chịu nhổ thì cần bố trí cốt thép hết cả chiều dài cọc;
- Cọc chịu nén có hàm lượng thép chủ (thép dọc) ≥ 0,2 ÷ 0,4%;
- Cọc chịu uốn, chịu kéo, chịu nhổ có hàm lượng thép chủ ≥0,4 ÷ 0,65%;
- Cốt thép chủ bố trí theo chu vi cọc có đường kính tối thiểu ≥ 12 mm;
Cốt thép đai có đường kính từ 6 đến 10 mm được đặt cách nhau từ 200 đến 300 mm, có thể sử dụng cốt đai đơn hoặc vòng xoắn liên tục Tuy nhiên, vòng xoắn liên tục chỉ nên áp dụng cho các cọc có đường kính nhỏ, cụ thể là 60 cm và 80 cm.
Nếu lồng cốt thép dài hơn 4 mét, cần bổ sung một thép đai có đường kính lớn hơn cứ mỗi đoạn 2 mét để tăng cường độ bền cho lồng cốt thép và gắn thêm các con kê bê tông.
- Lớp bê tông bảo vệ cốt thép không được nhỏ hơn 5 cm, thông thường là 7 cm;
- Khoảng cách giữa các cốt thép dọc không được nhỏ hơn 10 cm.
3.3.2 C ốt thép đ ài, gi ằng móng
3.3.2.1 Cơ sở tính toán cốt thép cho đài cọc a Đài 1 cọc
Theo kinh nghiệm, diện tích cốt thép tối thiểu được bố trí như sau:
- Cốt thép ngang thường dùng khoảng 4 cm 2 cho mỗi mét chiều rộng của đài;
- Cốt thép dọc thường dùng khoảng 2h cm 2 cho mỗi mét bề mặt cạnh của đài (h là chiều cao của đài cọc, tính bằng mét);
- Cốt thép trung gian thường dùng khoảng 3 cm 2 cho mỗi mét bề mặt cạnh của đài (thép ngang, thép dọc dùng ≥ 12mm, thép trung gian ≥ 8 mm)
Hình 3.3: Sơ đồ bố trí cốt thép đ ài 1 c ọc b 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 đài 2 cọc
Cốt thép giằng móng được thiết kế và bố trí dựa trên giá trị nội lực từ biểu đồ mômen trong phần mềm Etabs, tương tự như cách tính toán và bố trí cho cấu kiện dầm.
3.3.2.2 Tính toán cho các đài, giằng móng điển hình
Tính toán và bố trí cốt thép cho đài 4 cọc CSA95
Cốt thép chịu lực của đài được tính theo công thức:
M: Mô men do phản lực đầu cọc gây ra M P z j j j :
P Phản lực ở đầu cọc thứ j j : z Cánh tay đòn tương ứng. o : h Chiều cao hữu hiệu của đài cọc h o h a, chọn a = 100(mm).
- Tính cốt thép phương trục x:
Momen lớn nhất do đầu cọc gây ra:
+Lớp trên : Cốt thép đài đặt theo cấu tạo
- Tính cốt thép theo phương trục y:
Momen lớn nhất do đầu cọc gây ra:
Cốt thép đài đặt theo cấu tạo.
Việc tính toán và bố trí thép giằng móng cho công trình được thực hiện thông qua việc xuất nội lực từ phần mềm Safe 2016 và tiến hành tính toán trên Excel, với kết quả được trình bày trong bảng B.4 của phụ lục.
Công trình có hai loại kích thước giằng móng là 40x80 cm
Thép giằng móng sau khi tính toán được bố trí như sau:
- Thép dọc cấu tạo lấy 218;
Chi tiết cốt thép đài, giằng móng được thể hiện ở bản vẽ KC-21
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN 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 x z y
Hình 4.1: Mô hình biểu diễn nội lực trong cột
Trục x là trục theo phương cạnh dài công trình, trục y là trục theo cạnh ngắn công trình
Tính toán cốt thép cho cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên theo tài liệu
Bài viết "Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép" của Gs Nguyễn Đình Cống giới thiệu phương pháp tính cốt thép gần đúng, chuyển đổi nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương Phương pháp này dựa trên nguyên tắc được nêu 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 đặt theo chu vi và có thể được phân bố đều, tuy nhiên mật độ cốt thép ở cạnh b có thể lớn hơn, như đã được giải thích trong bảng mô hình tính.
Tiết diện chịu lực nén N và mômen uốn Mx, My, cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên eax và eay, đã được phân tích Sau khi xem xét uốn theo hai phương, hệ số x và y đã được tính toán, dẫn đến sự gia tăng của mômen.
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 thể hiện trong bảng dưới đây.
Bảng 4.1: Mô hình tính toán cột BTCT tiết diện chữ nhật
Mô hình Theo phương x Theo phương y Điều kiện x 1 y 1 x y
Giả thiết chiều dày lớp đệm a, tính h 0 h a; Z h 2a chuẩn bị các số liệu
R b , R s , R sc , R như đối với trường hợp nén lệch tâm phẳng Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng:
Tính mômen tương đương (đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệch tâm phẳng).
N ; Với kết cấu tĩnh định: e 0 e 1 e a
Tính toán độ mảnh theo hai phương x ox ; y x l
Dựa vào độ lệch tâm 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 phân bố đều quanh chu vi với ít nhất 12 thanh (12, 16, 20, …), có thể tính gần đúng bằng cách quy đổi sang tiết diện tròn với đường kính D = 1,05 × Cx Tính toán 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, được xác định qua các công thức đã thiết lập, có thể mang giá trị dương, âm, lớn hoặc nhỏ Để đánh giá tính hợp lý, cần xem xét 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 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 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 xung quanh chu vi Đối với cấu kiện nén lệch tâm, tiết diện chữ nhật cần bố trí cốt thép dọc chịu lực tập trung theo cạnh b, chia thành hai phần: A s và A s Cốt thép A s được đặt gần điểm đặt lực N hơn, chịu nén nhiều hơn, trong khi cốt thép A s ở phía đối diện, chịu kéo hoặc nén ít hơn Khi A s bằng A s, cốt thép là đối xứng; ngược lại, khi A s khác A s, cốt thép sẽ không đối xứng.
Việc sử dụng cốt thép dọc chịu lực trong cấu kiện cột bê tông cốt thép (BTCT) theo cách đối xứng giúp đơn giản hóa quá trình thi công Đặc biệt, khi cấu kiện phải chịu mômen đổi dấu với giá trị gần bằng nhau, việc đặt cốt thép đối xứng không chỉ hợp lý mà còn tối ưu về mặt chịu lực.
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 tính toán 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 đối dấu hoặc khi mômen theo một chiều lớn hơn 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
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 min 0,05% không phụ thuộc độ mảnh.
Trong những trường hợp đặc biệt, tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm có thể được bố trí cốt thép dọc đều theo chu vi Điều 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 quá trình 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 các cấu kiện nén lệch tâm, cốt thép được bố trí theo cạnh b, với A st = A s + A s' và Ab = b × h 0 Đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm có cốt thép bố trí theo chu vi và cấu kiện nén trung tâm, Ab sẽ tương đương với diện tích tiết diện.
Nên hạn chế tỉ số cốt thép t
Giá trị 0 được quy định là 2 min, trong khi max phụ thuộc vào cách sử dụng vật liệu Để hạn chế việc sử dụng thép quá nhiều, thường áp dụng max là 3% Tuy nhiên, để đảm bảo sự tương tác hiệu quả giữa thép và bê tông, giá trị max thường được chọn 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 giữa cạnh h để chịu ứng suất từ bê tông co ngót và nhiệt độ thay đổi, đồng thời giữ ổn định cho 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 là S 0 500mm Nếu đã bố trí 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, trong các trường hợp cấu kiện chịu lực cắt lớn, cốt đai còn tham gia vào việc chịu lực cắt Đường kính cốt đai tối đa cần được xác định để đảm bảo tính bền vững của công trình.
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 theo bất kỳ hướng nào Để đạt được điều này, các cốt thép dọc (tối thiểu một thanh) phải được đặt vào các vị trí uốn của cốt thép đai, với khoảng cách giữa các chỗ uốn không quá 400 mm theo cạnh tiết diện Nếu chiều rộng tiết diện không lớn hơn 400 mm và trên mỗi cạnh có không quá 4 thanh cốt thép dọc, có thể sử dụng một cốt thép đai bao quanh toàn bộ cốt thép dọc.
Áp dụng 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 và vách (xem bản vẽ KC-10), chúng ta chọn từ một đến hai cột tiêu biểu có nội lực lớn nhất để tính toán thép Đối với mỗi loại 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 CII có: Rs = Rsc = 280 MPa = 2800 T/m 2
Tính toán cốt thép cho cột C-26 tầng 4 :
Chiều dài tính toán cột l o 0, 7 h 0, 7 3,6 252 mm
- 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 chọn để tính toán được lấy từ bảng tổ hợp nội lực:
Tính toán với cặp nội lực 1 :
- Độ lệch tâm ngẫu nhiên: e a e ay 0, 2e ax 3 0, 2 3 3, 6 cm
Tính theo trường hợp nén lệch tâm rất bé, gần như nén đúng tâm
- Hệ sốảnh hưởng độ lệch tâm:
- Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm:
- Diện tích toàn bộ cốt thép dọc:
- Hàm lượng tổng cốt thép:
- Vậy đặt thép theo cấu tạo: Chọn 8 25 có A s 37,7( cm 2 )
Việc tính toán cốt thép cho các cột khác được thực hiện bằng cách sử dụng nội lực chân cột từ phần mềm Etabs, và kết quả được tổng hợp thành các bảng phụ lục.
4.3.2 B ố trí cốt thép đai cấu kiện cột
Theo TCXD 198–1997, cốt đai trong cột phải được chọn đường kính và bố trí theo yêu cầu cấu tạo, trong đó 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 cho phép là 25mm.
1c ốt dọc; 5 mm) = max(6,25mm ; 5mm) = 6,25mm, chọn 10
Trong đoạn nối chồng cốt thép dọc: a min(10c ốt dọc ;500mm) = min(250mm; 500mm) = 250mm ;
Bố trí khoảng cách cốt đai (u) còn lại như sau: a min(15c ốt dọc ;500mm) = min(375; 500) = 375(mm) ;
Chi tiết cốt thép cột được thể hiện trong bản vẽ KC-16
Cơ sở lý thuyết tính dầm bê tông cốt thép
Bài toán yêu cầu tính toán dầm bê tông cốt thép (BTCT) có tiết diện chữ nhật với cốt thép đơn, chỉ có cốt thép As nằm 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 như sau: Ứng suất trong cốt thép chịu kéo (As) đạt đến cường độ chịu kéo tính toán (Rs), trong khi ứng suất trong vùng bê tông chịu nén đạt đến cường độ chịu nén tính toán (Rb) Sơ đồ ứng suất có hình dạng chữ nhật, và vùng bê tông chịu kéo không được tính vào khả năng chịu lực do đã bị 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 tại 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) là công thức tính toán cường độ theo trạng thái giới hạn, đảm bảo rằng tiết diện không vượt quá giới hạn cường độ cho phép.
M R b x h x (4-15) 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 h0 = h – a, trong đó h là chiều cao của tiết diện và a là khoảng cách từ mép chịu kéo 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 b ằng MPa;
R s – Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép (MPa);
Ứng suất giới hạn của cốt thép trong vùng bê tông chịu nén, ký hiệu là sc u, đạt 500MPa khi bê tông đạt đến biến dạng cực hạn 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, ứng suất giới hạn này giảm xuống còn 400MPa.
Các giá trị R đối với một số trường hợp cụ thể sẽ có những giá trị khác nhau
là hàm lượng cốt thép thì hàm lượng cốt thép cực đại của tiết diện sẽ là: max b
Nếu cốt thép trong bê tông quá ít, sẽ dẫn đến sự phá hoại đột ngột (phá hoại giòn) ngay sau khi bê tông bị nứt, vì toàn bộ lực kéo đều do cốt thép chịu trách nhiệm Để ngăn chặn tình trạng này, cần đảm bảo lượng cốt thép phù hợp trong cấu trúc.
Giá trị min được xác định dựa trên khả năng chịu mômen của dầm bê tông cốt thép, yêu cầu không được thấp hơn khả năng chịu mômen của dầm bê tông không có cốt thép Thông thường, giá trị min được lấy 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, tiết diện 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 thay đổi biến số và lập các bảng tính tương ứng.
h , các công thức cơ bản sẽ có dạng:
m ; 1 0,5 (4-23a) Điều kiện hạn chế có thể viết thành:
Cơ sở lý thuyết cấu tạo dầm bê tông cốt thép
Dầm là cấu kiện có chiều dài lớn hơn nhiều so với chiều cao và chiều rộng của tiết diện ngang Tiết diện ngang của dầm có thể có nhiều hình dạng như chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang, hoặc hình hộp, trong đó tiết diện chữ nhật và chữ T là phổ biến nhất.
Chiều cao h của tiết diện được xác định là cạnh theo phương của mặt phẳng uốn, với tiết diện hợp lý có tỉ số h/b từ 1/8 đến 1/20 của nhịp dầm Khi lựa chọn kích thước b và h, cần xem xét các yêu cầu kiến trúc và việc định hình ván khuôn.
Hình 4.5: Các dạng tiết diện dầm
Cốt thép trong dầm gồm có cốt dọc chịu lực, cốt dọc cấu tạo, cốt đai và cốt xiên (hình 4.5)
Hình 4.6: Các loại cốt thép trong dầm 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 ở vùng nén Diện tích tiết diện ngang của cốt dọc được xác định dựa trên trị số mômen uốn, với đường kính thường từ 10 đến 30 mm Số lượng thanh trong tiết diện phụ thuộc vào diện tích yêu cầu và chiều rộng của tiết diện dầm.
Đối với các cấu trúc có chiều cao từ 15 cm trở lên, cần ít nhất hai thanh cốt dọc để đảm bảo độ bền Trong trường hợp bề rộng nhỏ hơn, chỉ cần một thanh cốt dọc Các cốt dọc chịu lực có thể được bố trí thành một hoặc nhiều lớp, và cần tuân thủ các nguyên tắc cấu tạo để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
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 chịu đựng các ứng suất do co ngót và nhiệt độ, thường sử dụng cốt thép có đường kính từ 10 đến 12mm.
Cốt thép phụ được lắp thêm 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 Những cốt thép này giúp 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 là các thành phần quan trọng trong cấu trúc bê tông, chịu lực cắt Q và kết nối vùng bê tông chịu nén với vùng bê tông chịu kéo để đảm bảo 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 có thể lên đến 60 độ, trong khi dầm thấp và bản có góc 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 đai có đường kính từ 8 mm trở lên Cốt đai có thể có một, hai hoặc nhiều nhánh, và khoảng cách cũng như diện tích cốt xiên và cốt đai được xác định dựa trên các tính toán kỹ thuật.
Áp d ụng tính toán bố trí cốt thép cấu kiện dầm
4.6.1 B ố trí c ốt 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 D40x80phần tử B498( tầng 4): b h 40 80( cm 2 )
Khi tính toán với tiết diện đầu và cuối dầm, do giá trị mô men tại đầu và cuối dầm gần như tương đương, chúng ta sẽ chọn giá trị lớn hơn để thực hiện tính toán và bố trí thép, với M = 25,422.
Chọn cốt thép: có diện tích là: 18,85 cm 2
Kiểm tra hàm lượng cốt thép: min
Kiểm tra khảnăng chịu lực:
Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép 2,5cm, tính được:
Chiều cao có ích: h 0 h a 0, 60 0, 0377 0,5623m 56, 23cm
Vậy: M 271,96 kNmM gh 291,02 kNm(thỏa mãn khả năng chịu lực).
Tính toán cốt thép dọc cho các dầm tầng điển hình được trình bày trong bảng Phụ lục Để đơn giản hóa quá trình thi công, cốt đai cho dầm được tính toán dựa trên lực cắt lớn nhất và áp dụng cách bố trí tương tự cho các dầm còn lại.
Lực cắt lớn nhất trong các dầm: Qmax = -20,55 (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 = 20,55(T) < 64,6 (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 = 20,55(T) > 14,11(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 8a150, đoạn giữa dầm đặt 8a200
Chi tiết cốt thép dầm được thể hiện trong bản vẽ KC-11, KC-12, KC-13, KC-14, KC-15.
Cơ sở lý thuyết tính s àn bê tông c ốt thép
4.1 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 x z y
Hình 4.1: Mô hình biểu diễn nội lực trong cột
Trục x là trục theo phương cạnh dài công trình, trục y là trục theo cạnh ngắn công trình
Tính toán cốt thép cho cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên theo tài liệu
Bài viết "Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép" của Gs Nguyễn Đình Cống giới thiệu phương pháp gần đúng để tính cốt thép, chuyển đổi từ nén lệch tâm xiên sang 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 áp dụng các nguyên tắc này để xây dựng 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 và có thể phân bố đều, tuy nhiên mật độ cốt thép ở cạnh b có thể lớn hơn, như được giải thích trong bảng mô hình tính.
Tiết diện chịu lực nén N và mômen uốn Mx, My, cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên eax và eay được xem xét Sau khi phân tích uốn theo hai phương, hệ số x và y được tính toán, dẫn đến việc mômen đã gia tăng.
Tùy thuộc vào mối quan hệ giữa giá trị Mx1, My1 và kích thước các cạnh, chúng ta sẽ áp dụng một trong hai mô hình tính toán theo phương x hoặc y Các điều kiện và ký hiệu được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 4.1: Mô hình tính toán cột BTCT tiết diện chữ nhật
Mô hình Theo phương x Theo phương y Điều kiện x 1 y 1 x y
Giả thiết chiều dày lớp đệm a, tính h 0 h a; Z h 2a chuẩn bị các số liệu
R b , R s , R sc , R như đối với trường hợp nén lệch tâm phẳng Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng:
Tính mômen tương đương (đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệch tâm phẳng).
N ; Với kết cấu tĩnh định: e 0 e 1 e a
Tính toán độ mảnh theo hai phương x ox ; y x l
Dựa vào độ lệch tâm 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 và số lượng thanh từ 12 trở lên (12, 16, 20,…), có thể tính gần đúng bằng cách quy đổi sang 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 bé, được xác định thông qua các công thức đã lập Để đánh giá mức độ hợp lý, cần xem xét 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.
4.2 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 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 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 theo chu vi Đối với cấu kiện nén lệch tâm, tiết diện chữ nhật cần đặt cốt thép dọc chịu lực tập trung theo cạnh b, chia thành hai phía: A s và A s Cốt thép A s nằm gần điểm đặt lực N hơn, chịu nén nhiều hơn, trong khi A s ở phía đối diện, chịu kéo hoặc nén ít hơn Khi A s = A s, cốt thép là đối xứng; ngược lại, khi A s ≠ A s, cốt thép trở thành không đối xứng.
Việc đặt cốt thép dọc chịu lực trong cấu kiện cột BTCT theo cách đối xứng giúp đơn giản hóa quá trình thi công Đặc biệt, khi cấu kiện chịu mômen đổi dấu với giá trị gần bằng nhau, việc sử dụng cốt thép đối xứng là hợp lý và tối ưu về khả năng chịu lực.
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 tính toán cốt thép đối xứng Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, sự chênh lệch này là không đáng kể.
Cốt thép không đối xứng chỉ nên được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt, khi cấu kiện chịu mômen không đồng đều, với mômen theo một chiều lớn hơn rõ rệt so với 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
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 min 0,05% không phụ thuộc độ mảnh.
Trong những trường hợp đặc biệt, tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm có thể được thiết kế với cốt thép dọc phân bố đều quanh chu vi 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 bớt khó khăn trong quá trình 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 cấu kiện nén lệch tâm, cốt thép được bố trí theo cạnh b, với A st = A s + A s' và A b = b × h 0 Đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm có cốt thép đặt theo chu vi, cũng như 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 giá trị 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 bố trí cốt thép A s và A s tập trung theo cạnh b, đồng thời thêm cốt thép dọc cấu tạo ở giữa cạnh h để chịu ứng suất từ bê tông co ngót và biến đổi nhiệt độ, cũng như để 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 là S 0 ≤ 500mm (như hình 4.3) Nếu đã đặt cốt thép dọc chịu lực theo chu vi, thì không cần thiết phải bố trí 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, giữ vai trò quan trọng trong việc ổn định vị trí của cốt thép dọc trong quá trình thi công và đảm bảo độ ổn định cho cốt thép dọc chịu nén Đặc biệt, trong các trường hợp 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 hiệu quả công trình.
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