Giới thiệu về công trình
Chung cư Phủ Diễn, tọa lạc tại phường Phú Diễn, quận Bắc Từ Liêm, Hà Nội, là một công trình gồm 11 tầng, bao gồm 1 tầng lửng, 1 tầng áp mái và 1 tầng hầm, với tổng diện tích sàn lên đến 10.301,88 m² Tầng 1 được thiết kế cho khu văn phòng và dịch vụ công cộng, trong khi tầng lửng và tầng 2 cũng dành cho khu văn phòng Các tầng còn lại chứa 8 căn hộ mỗi tầng, với mỗi căn hộ khép kín từ 3 đến 4 phòng, có diện tích từ 61 đến 105 m² Tổng cộng, công trình sẽ hoàn thiện với 56 căn hộ, mỗi căn hộ có khả năng đáp ứng nhu cầu cho 4 người.
Công trình tọa lạc tại phường Phú Diễn, quận Bắc Từ Liêm, Hà Nội, với vị trí thuận lợi cho thi công nhờ vào giao thông dễ dàng, cách xa khu dân cư trung tâm và nằm trong khu vực quy hoạch xây dựng.
- Mật độ xây dựng đƣợc xây dựng đƣợc tính bằng công thức: S xd /S
+ S xd – diện tích xây dựng của công trình
+ S – diện tích toàn khu đất, S = 4050m 2 (Bao gồm diện tích xây dựng công trình, đường giao thông, các khu vực hỗ trợ…)
Vậy ta có hệ số xây dựng là S xd /S 858,49 / 4050 0,21 0,4 (0,4 – hệ số xây dựng cho phép)
Hệ số sử dụng đất đƣợc tính bằng công thức: S tongsan /S xd
Trong đó : S tongsan – Tổng diện tích sàn
Điều kiện tự nhiên
- Công trình nằm ở Hà Nội, nhiệt độ bình quân trong năm là 23,8 0 C, chênh lệch nhiệt độ giữa tháng cao nhất (tháng 7) và tháng thấp nhất (tháng 1) là
- Thời tiết chia làm 2 mùa rõ rệt: Mùa nóng (từ tháng 4 đến tháng 10), mùa lạnh (từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau)
Hướng gió chủ yếu tại khu vực này là Đông Nam và Đông Bắc Tháng 8 ghi nhận sức gió mạnh nhất, trong khi tháng 11 có sức gió yếu nhất, với tốc độ gió cao nhất đạt 28m/s.
Quận Bắc Từ Liêm có điều kiện thổ nhưỡng chủ yếu là đất thịt, đất thịt nhẹ và đất bãi ven sông Đáy, bao gồm nhiều loại đất khác nhau.
+ Đất phù sa đƣợc bồi (Pb): diện tích là 261 ha, chiếm khoảng 10,1% tổng diện tích đất nông nghiệp
+ Đất phù sa không đƣợc bồi (P): diện tích là 1.049 ha, chiếm 37,4 % diện tích đất nông nghiệp
+ Đất phù sa gley (Pg) diện tích 1.472 ha, chiếm 52,5% diện tích đất nông nghiệp.
Các tiêu chuẩn áp dụng trong thiết kế công trình
+ TCVN 2748:1991 : Phân cấp công trình xây dựng Nguyên tắc chung + TCVN 4088:1997 : Số liệu khí hậu dùng trong thiết kế xây dựng
+ TCVN 5568:2012 : Điều hợp kích thước theo mô đun trong xây dựng - Nguyên tắc cơ bản
+ TCVN 4450:1987 : Căn hộ ở Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 4455:1987 quy định hệ thống tài liệu thiết kế xây dựng, bao gồm quy tắc ghi kích thước, chữ tiêu đề, yêu cầu kỹ thuật và biểu bảng trên bản vẽ Trong khi đó, TCVN 4601:2012 đưa ra các yêu cầu thiết kế cho công sở cơ quan hành chính nhà nước.
+ TCVN 4614:2012 : Hệ thống tài liệu thiết kế xây dựng – ký hiệu quy ƣớc các bộ phận cấu tạo ngôi nhà
+ TCVN 5570:2012 : Hệ thống tài liệu thiết kế xây dựng - ký hiệu đường trục và đường nét trong bản vẽ
+ ISO 9431:1990 : Bản vẽ xây dựng - bố trí hình vẽ, chú thích bằng chữ và khung tên trên bản vẽ
+ TCVN 5574: 2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế
+ TCVN 356 - 2005: Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép
+ TCVN 2737: 1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
+ TCVN 10304: 2014: Móng cọc – tiêu chuẩn thiết kế
+ TCVN 9362: 2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
- Thi công và nghiệm thu
+ TCVN 4453 : 1995: Tiêu chuẩn bắt buộc áp dụng từng phần - kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối – quy phạm thi công và nghiệm thu
+ TCVN 4055: 2012: Công tác xây dựng và tổ chức thi công
+ TCVN 4091: 1985: Nghiệm thu các công trình xây dựng
+ TCVN 4252:2012: Quy trình lập thiết kế tổ chức xây dựng và thiết kế tổ chức thi công
+ TCVN 4473:2012: Máy xây dựng - Máy làm đất - Thuật ngữ và định nghĩa
+ TCVN 4447:2012: Công tác đất Thi công và nghiệm thu
+ TCVN 9361:2012: Công tác nền móng - Thi công và nghiệm thu
TCVN 4085:2011 quy định về kết cấu gạch đá, bao gồm các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu cần thiết Bên cạnh đó, TCVN 5724:1993 đưa ra các điều kiện tối thiểu để thi công và nghiệm thu cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép Các tiêu chuẩn này đảm bảo chất lượng và độ bền cho các công trình xây dựng.
+ TCVN 8828:2011: Bê tông - Yêu cầu bảo dƣỡng ẩm tự nhiên
+ CVN 6305-1:2007; CVN 6305-2:2007; CVN 6305-3:2007; CVN 6305- 4:1997; CVN 6305-5:2009; TCVN 6305-6:2013; TCVN 6305-8:2013; TCVN 6305-9:2013;TCVN6305-10:2013; TCVN 6305-12:2013:
Phòng cháy chữa cháy Hệ thống Sprinkler tự động (Phần
Phân tích chọn giải pháp kiến trúc cho công trình
Giải pháp mặt bằng tầng hầm
Mặt bằng của tầng hầm là một đơn nguyên liền khối hình chữ nhật 31,3x30,8m,
Tầng hầm được chia thành ba khu chính: khu để xe, khu hành lang và cầu thang, cùng với khu phòng bảo vệ, phòng máy móc và kỹ thuật Khu hành lang và cầu thang rộng 11,3x10,7m, nằm ở giữa tầng hầm, bao gồm ba thang máy và một thang bộ, với sảnh thang rộng 3,2m, đảm bảo giao thông thuận lợi và thông thoáng giữa thang bộ, thang máy và khu để xe.
Khu vực xung quanh hành lang và thang máy được thiết kế là khu để xe, bao gồm phòng bảo vệ và phòng máy móc kỹ thuật Lối ra rộng 4,5m, với phòng máy có diện tích 5,75x9,35m, cùng với phòng trực kỹ thuật và phòng bảo vệ có kích thước 2,94x7,05m.
Hình 1.1: Mặt bằng tầng hầm.
Giải pháp mặt bằng tầng 1
Mặt bằng của tầng 1 là một đơn nguyên liền khối hình vuông
Tầng 1 gồm 2 khu là khu vực văn phòng và khu dịch vụ cộng đồng; có
Tầng 1 của khu vực được thiết kế với 3 sảnh dẫn lối vào, tạo sự thuận tiện cho người sử dụng Khu vực vệ sinh được đặt ở góc khuất của hành lang, gần khu văn phòng và khu dịch vụ cộng đồng, đảm bảo cả tính tiện lợi lẫn mỹ quan Với diện tích chủ yếu là khu văn phòng và dịch vụ công cộng, việc đáp ứng nhu cầu sử dụng, vệ sinh và thẩm mỹ là rất quan trọng để phục vụ khách hàng và cư dân trong cộng đồng.
Mỗi tầng của khu chung cư được trang bị một phòng thu gom rác, vị trí của phòng này nằm ở giữa tầng và ngay cạnh thang bộ, nhằm đảm bảo sự thuận tiện, vệ sinh và mỹ quan cho toàn bộ khu vực.
Khu văn phòng rộng 257,5 m² và khu dịch vụ công cộng có diện tích 223 m² Tầng 1 còn bao gồm 2 khu vệ sinh và khu vực để thư báo cho các chủ căn hộ.
Giải pháp mặt bằng tầng điển hình
Mặt bằng của tầng điển hình là một đơn nguyên liền khối hình vuông 29,3x29,3m,
Tầng điển hình của tòa nhà bao gồm 8 căn hộ khép kín, với diện tích từ 61 đến 105m2, phù hợp cho 4-6 người ở Các tầng từ tầng 3 đến tầng áp mái được thiết kế đồng nhất, mỗi tầng có tổng diện tích sàn sử dụng là 858,49m2, bao gồm 2 căn hộ 61m2, 4 căn hộ 90m2 và 2 căn hộ 105m2.
Cách bố trí không gian tầng 1 tương tự với lối đi chính là sảnh giao giữa thang máy và cầu thang, trong khi hai bên là các căn hộ được sắp xếp hợp lý.
Mỗi căn hộ bao gồm một phòng khách, từ hai đến ba phòng ngủ, bếp và khu vệ sinh Các căn hộ được thiết kế độc lập, sử dụng hành lang chung làm lối đi chính.
Không gian nội thất phòng ngủ được thiết kế để chứa giường ngủ, bàn làm việc, tủ đựng quần áo và đồ đạc cá nhân Phòng khách kết hợp với phòng ăn tạo ra một không gian rộng rãi, lý tưởng cho các hoạt động sinh hoạt đông người.
Khu vệ sinh được thiết kế tiện lợi, nằm cạnh hành lang giao với phòng khách, phòng bếp và phòng ngủ, giúp các thành viên trong căn hộ và khách sử dụng dễ dàng mà không xâm phạm vào không gian riêng tư của phòng ngủ Việc bố trí khu vệ sinh gần nhau không chỉ đảm bảo thuận lợi trong thi công lắp đặt hệ thống cấp thoát nước mà còn tạo ra một không gian rộng rãi và thoải mái cho toàn bộ căn hộ.
Mỗi căn hộ đều được thiết kế với cửa thông ra ban công, mang lại không gian thoáng mát và tiện lợi cho việc phơi đồ hoặc trang trí cây cảnh Sự liên kết giữa các căn hộ và diện tích các phòng trong mỗi căn hộ được bố trí hợp lý, tạo sự thoải mái cho cư dân.
Hình 1.3: Mặt bằng tầng điển hình.
Giải pháp mặt đứng
Mặt đứng của công trình thể hiện kiến trúc bên ngoài, đóng góp vào quần thể kiến trúc tổng thể Tòa nhà cao 37,8 m với chiều cao tầng 1 là 4,2 m, tầng lửng và tầng 2 cao 3,6 m, và tầng 3 đến tầng áp mái cao 3,3 m Hình thức kiến trúc rõ ràng, bố cục chặt chẽ và quy mô phù hợp với chức năng sử dụng Mặt đứng phía trước đối xứng qua trục giữa, trong khi các căn hộ đều có ban công nhô ra phía ngoài, tạo nhịp điệu theo phương đứng.
Mặt đứng của công trình được thiết kế hiện đại và trang nhã, với hệ thống cửa kính khung nhôm tại các phòng Các cửa sổ và cửa đi được sắp xếp theo trật tự lặp lại, tạo sự hài hòa cả theo phương đứng và ngang Ba tầng đầu sử dụng chủ yếu cửa kính, mang lại không gian sáng sủa, thoáng mát cho khu văn phòng Ngoài ra, mặt tường bên ngoài được ốp đá hoa cương màu tối, không chỉ làm nổi bật công trình mà còn tạo cảm giác vững chắc và kiên cố.
Hình 1.4a: Mặt đứng trục AA Hình 1.4b: Mặt đứng trục AD.
Giải pháp mặt cắt
Căn hộ được thiết kế với ban công và cửa sổ mở ra không gian rộng rãi, tạo cảm giác thoáng đãng Các phòng trong căn hộ được ngăn cách bằng tường xây vững chắc, được trát vữa xi măng hai mặt và lăn sơn ba lớp theo tiêu chuẩn kỹ thuật Tường nhà bếp và nhà vệ sinh được ốp gạch men cao ít nhất 1,6m, không chỉ đảm bảo tính thẩm mỹ mà còn thuận tiện cho việc vệ sinh Ban công được trang bị lan can sắt sơn tĩnh điện chống gỉ, mang lại sự an toàn và bền bỉ.
- Mặt cắt lớp sàn phòng và hành lang hoàn thiện gồm:
+ Lớp gạch lát sàn dày 10mm,
+ Lớp vữa lót dày 10mm,
+ Lớp bê tông cốt thép sàn dày 15cm,
+ Lớp vữa trát trần 1,5mm,
+ Trần và hệ thống kỹ thuật
- Mặt cắt lớp sàn vệ sinh hoàn thiện gồm:
+ Lớp gạch lát sàn dày 10mm,
+ Lớp vữa lót dày 10mm,
+ Lớp màng chống thấm 10mm,
+ Lớp bê tông cốt thép sàn dày 15cm,
+ Lớp vữa trát trần 1,5mm,
+ Trần và hệ thống kỹ thuật
- Mặt cắt lớp sàn mái hoàn thiện gồm:
+ Hai lớp gạch lá nem dày 40mm,
+ Hai lớp vữa lót dày 20mm,
+ Lớp chống nóng, bọt xốp dày 60mm,
+ Lớp bê tông chống thấm 40mm,
+Lớp bê tông cốt thép sàn dày 15cm,
+ Lớp vữa trát trần 1,5mm
+ Gạch xây tường ngăn giữa các căn hộ và giữa các phòng dùng gạch rỗng có trọng lƣợng nhẹ, để làm giảm trọng lƣợng của công trình
+ Dùng các loại sỏi, đá, cát phù hợp với cấp phối, đảm bảo mác của vữa và khối xây theo đúng yêu cầu thiết kế
Tôn được sử dụng để che các mái tum trên công trình, không chỉ tạo nên vẻ đẹp kiến trúc mà còn giúp giảm khả năng hấp thụ nhiệt cho công trình khi sử dụng tôn lạnh màu.
- Vật liệu dùng để trang trí kiến trúc, nội thất:
Cửa kính nhẹ nhưng vẫn đảm bảo cường độ cao, có khả năng chịu đựng các va đập mạnh từ gió và bão, đồng thời mang lại hiệu quả cách âm và cách nhiệt tốt.
Gạch men ốp lát có khả năng chống trầy xước và sở hữu hoa văn nội thất hài hòa với màu sơn tường, góp phần tạo nên vẻ đẹp thẩm mỹ cho không gian nội thất.
+ Gỗ dùng làm cửa và nội thất bên trong phòng: Sử dụng các loại gỗ đặc chắc, không bị mối mọt, có thời gian sƣ dụng trên 30 năm
+ Sơn: Dùng sơn có khả năng chống đƣợc mƣa bão, không bị thấm, không bị nấm mốc
- Ngoài những vật liệu đã nêu ở trên, công trình còn sử dụng các loại vật liệu chống thấm (Sika), xốp cách nhiệt,…
Giải pháp giao thông
a, Hệ thống giao thông bên ngoài công trình
Chung cư có mặt chính hướng ra đường Hồ Tùng Mậu, một tuyến giao thông chính, với vỉa hè rộng 2,5m và khoảng sân trước, tạo không gian giao thông thoáng đãng cho cư dân.
Hai mặt bên chung cư tiếp giáp với khu vực sân rộng, được thiết kế thành sân chơi kết hợp trồng cây xanh, tạo ra không gian thoáng đãng và mát mẻ cho cư dân.
Mặt sau của chung cư giáp khu vực dân cư chỉ nên có lối đi khoảng 2m đến tường rào, đảm bảo giao thông thuận lợi đến các sân bên cạnh và duy trì độ thông thoáng cho chung cư Hệ thống giao thông bên trong công trình cần được thiết kế hợp lý để tối ưu hóa sự di chuyển.
Hệ thống giao thông ngang trong mỗi tầng bao gồm hành lang và sảnh tầng, với hành lang rộng 3,2m ở giữa tòa nhà, tạo lối giao thông chính thông thoáng, đáp ứng nhu cầu di chuyển, sinh hoạt và thẩm mỹ Hai bên hành lang là khu cầu thang bộ và thang máy, trong khi không gian còn lại dành cho các khu chính: tầng 1 phục vụ dịch vụ cộng đồng và văn phòng, còn từ tầng 3 đến áp mái là khu căn hộ.
Hệ thống giao thông đứng trong công trình bao gồm 5 thang máy từ tầng hầm đến tầng 2 và 3 thang máy từ tầng 3 lên sân thượng, được bố trí ở giữa tòa nhà để tối ưu hóa giao thông Thang máy được thiết kế hợp lý giữa khu căn hộ và khu văn phòng, giúp khoảng cách di chuyển ngắn nhất và tạo sự thuận tiện cho người sử dụng Để đảm bảo an toàn trong trường hợp khẩn cấp, công trình còn có 2 cầu thang bộ bên cạnh thang máy, kết nối với các sảnh để thuận lợi cho việc di chuyển.
Hệ thống giao thông trong căn hộ được thiết kế với không gian mở của phòng khách kết hợp với hành lang, tạo ra một lối đi thông thoáng và rộng rãi, giúp tăng cường sự tiện nghi và thoải mái cho cư dân.
Giao thông trong và ngoài chung cư được thiết kế để đáp ứng nhu cầu sử dụng lâu dài, đồng thời đảm bảo các yếu tố kỹ thuật cần thiết cho việc di chuyển, thoát hiểm và phòng chống cháy nổ.
Giải pháp kỹ thuật
Giải pháp thông gió chiếu sáng
Công trình sử dụng hệ thống cửa sổ để thông gió tự nhiên, trong khi khu cầu thang và sảnh được trang bị hệ thống chiếu sáng nhân tạo và cửa trời nhằm cải thiện thông gió và thu nhận ánh sáng tự nhiên.
Tất cả các hệ thống cửa trong công trình đều có chức năng thông gió hiệu quả Các căn hộ được thiết kế tiếp giáp với không gian bên ngoài, giúp đảm bảo ánh sáng tự nhiên cho không gian sống.
Giải pháp cung cấp điện, nước sinh hoạt
1.6.2.1 Giải pháp cung cấp điện
Hệ thống điện cho toàn bộ công trình đƣợc thiết kế và sử dụng điện trong toàn bộ công trình tuân theo các nguyên tắc sau:
+ Đường điện trong công trình được đi ngầm trong tường, có lớp bọc bảo vệ
+ Hệ thống điện đặt ở nơi khô ráo, với những chỗ đặt gần nơi có hệ thống nước phải có biện pháp cách nước
+ Tuyệt đối không đặt gần nơi có thể phát sinh hỏa hoạn
+ Dễ dàng sử dụng cũng nhƣ sửa chữa khi có sự cố
+ Phù hợp với giải pháp Kiến Trúc và Kết Cấu để đơn giản trong thi công lắp đặt cũng nhƣ đảm bảo thẩm mỹ công trình
Hệ thống điện của tòa nhà nhận điện từ trạm biến áp 110kV Từ Liêm, nơi tiếp nhận điện chung từ hệ thống điện thành phố Hà Nội Đường dây điện tổng được lắp đặt ngầm dưới đất và được bảo vệ bằng ống cách điện, đảm bảo an toàn khi dẫn điện từ tủ điện tổng đến phòng kỹ thuật điện tử của tòa nhà.
Hệ thống điện được thiết kế theo dạng cây, bắt đầu từ phòng kỹ thuật điện tử và truyền lên các phòng điều khiển ở tầng trên Từ đây, dây điện được dẫn theo hệ dầm trên trần và luồn vào ống dẫn đến tủ điện kỹ thuật của các phòng Từ tủ điện tổng, dây điện tiếp tục được luồn qua các ống dẫn cách điện âm trong tường đến các thiết bị trong căn hộ Tầng 1 còn trang bị máy phát điện dự phòng, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho toàn bộ khu nhà khi xảy ra mất điện hoặc sự cố.
1.6.2.2 Giải pháp cấp thoát nước
Sử dụng nguồn nước từ hệ thống cung cấp nước của Thành phố, nước được lưu trữ trong bể ngầm riêng và sau đó được phân phối đến từng địa điểm sử dụng qua mạng lưới thiết kế phù hợp với yêu cầu và giải pháp kết cấu.
Tất cả các khu vệ sinh và phòng phục vụ được trang bị hệ thống ống cấp nước và thoát nước, trong đó ống cấp nước được kết nối với bể nước trên mái.
Bể nước ngầm được lắp đặt bên ngoài công trình nhằm tối ưu hóa việc thi công và sửa chữa kết cấu Bể này có trang bị máy bơm để cung cấp nước lên tầng mái một cách hiệu quả.
Tất cả nước thải từ hệ thống thoát nước phải được xử lý tại trạm xử lý nước thải trước khi được xả ra hệ thống thoát nước của thành phố, nhằm đảm bảo chất lượng nước thải đạt tiêu chuẩn quy định.
Hệ thống nước cứu hỏa được thiết kế độc lập với trạm bơm tại tầng 1, bể chứa trên mái và hệ thống ống dẫn phân bố khắp ngôi nhà Mỗi tầng đều trang bị hộp chữa cháy ở hai đầu hành lang và cầu thang.
Giải pháp phòng cháy chữa cháy
Hệ thống nước cứu hỏa được thiết kế độc lập với một trạm bơm ở tầng 1, bể chứa trên mái và hệ thống đường ống phân bố khắp ngôi nhà Mỗi tầng đều trang bị hộp chữa cháy tại hai đầu hành lang và cầu thang để đảm bảo an toàn.
Khi xảy ra cháy, việc thoát người an toàn là rất quan trọng Công trình cần có hệ thống giao thông ngang với hành lang rộng rãi, kết nối thuận tiện với hệ thống giao thông đứng, bao gồm cầu thang bộ và thang máy được bố trí linh hoạt.
Giải pháp hệ thống chống sét và nối đất
Hệ thống chống sét cho công trình được thiết kế với các kim thu sét bằng thép có đường kính 16mm và chiều dài 600mm, lắp đặt trên các kết cấu nhô cao và đỉnh mái nhà Các kim thu sét được kết nối với nhau và nối đất bằng thép có đường kính 10mm Cọc nối đất sử dụng thép góc 65x65x6 với chiều dài 2,5m, trong khi dây nối đất được làm từ thép dẹt 40 có đường kính 4mm Hệ thống nối đất đảm bảo có điện trở nhỏ hơn 10Ω, đảm bảo hiệu quả trong việc bảo vệ công trình khỏi sét.
Hệ thống nối đất an toàn cho thiết bị điện được thiết kế độc lập với hệ thống nối đất chống sét, với yêu cầu điện trở nối đất nhỏ hơn 4Ω Tất cả các kết cấu kim loại, bao gồm khung tủ điện và vỏ hộp Aptomat, đều phải được kết nối với hệ thống này để đảm bảo an toàn tối đa.
GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN 15 2.1 Xây dựng giải pháp kết cấu
Các dạng kết cấu kết cấu và sơ đồ làm việc của nhà nhiều tầng
Hệ thống chịu lực chính của công trình được hình thành từ các cột đứng và dầm ngang, tạo thành khung phẳng liên kết với nhau qua các dầm ngang, hình thành khối khung không gian có mặt bằng chữ nhật Lõi thang máy được xây bằng gạch Ƣu điểm của kết cấu này là tạo ra không gian lớn với khả năng bố trí linh hoạt, đồng thời đơn giản hóa việc tính toán nội lực và quá trình thi công.
Kết cấu công trình dạng này có nhược điểm là giảm khả năng chịu tải trọng ngang, đặc biệt đối với công trình cao Để đảm bảo khả năng chịu lực, kích thước cột dầm cần phải tăng, dẫn đến tăng trọng lượng bản thân và chiếm diện tích sử dụng Vì vậy, lựa chọn kiểu kết cấu này không phải là phương án tối ưu.
2.1.1.1.2 Hệ tường – lõi chịu lực
Trong hệ thống này, các cấu kiện thẳng đứng chịu lực của nhà bao gồm các tường phẳng và lõi, với tải trọng ngang được truyền đến các tấm tường và lõi qua các bản sàn Các tường cứng hoạt động như các công xon có chiều cao tiết diện lớn, thích hợp cho những ngôi nhà có không gian bên trong đơn giản và vị trí tường ngăn trùng với vị trí tường chịu lực Ưu điểm của giải pháp này là độ cứng của nhà lớn, giúp chịu tải trọng ngang tốt, đồng thời kết hợp vách thang máy bằng bê tông cốt thép làm lõi.
Nhƣợc điểm: Trọng lƣợng công trình lớn, tính toán và thi công phức tạp hơn 2.1.1.1.3 Hệ khung – lõi chịu lực
Khung và lõi trong hệ kết cấu này kết hợp làm việc, với khung chịu tải trọng đứng và một phần tải trọng ngang, trong khi lõi chịu tải trọng ngang Phân phối tải trọng dựa trên độ cứng tương đương của khung và lõi giúp giảm trọng lượng công trình, tạo không gian kiến trúc bên trong rộng rãi và đơn giản hóa quá trình tính toán cũng như thi công.
2.1.1.2 Sơ đồ làm việc của hệ kết cấu chịu tác dụng của tải trọng ngang 2.1.3.1 Sơ đồ giằng (hình 2.1.a)
Sơ đồ này được sử dụng để tính toán khi khung chỉ chịu tải trọng thẳng đứng tương ứng với diện tích truyền tải, đồng thời xem xét tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng.
Hình 2.1: Sơ đồ giằng và sơ đồ khung giằng
Các kết cấu chịu tải cơ bản bao gồm lõi và tường chịu lực Trong sơ đồ này, tất cả các nút khung đều được thiết kế với cấu tạo khớp, trong khi tất cả các cột có độ cứng chống uốn rất nhỏ.
2.1.3.2 Sơ đồ khung - giằng (hình 2.1.b)
Khung chịu tải trọng thẳng đứng và ngang tương tự như các kết cấu chịu lực cơ bản khác, với khung liên kết cứng tại các nút, được gọi là khung cứng Độ cứng tổng thể của hệ thống được đảm bảo nhờ vào các kết cấu giằng đứng (vách) và các tấm sàn ngang Tuy nhiên, độ cứng của khung thường thấp hơn nhiều so với vách cứng, dẫn đến việc các kết cấu giằng phải chịu phần lớn tác động của tải trọng ngang.
Đánh giá, lựa chọn giải pháp kết cấu và sơ đồ làm việc cho công trình16 2.1.3 Lựa chọn vật liệu làm kết cấu công trình
2.1.2.1 Lựa chọn giải pháp kết cấu cho công trình
Mỗi hệ kết cấu cơ bản của nhà cao tầng đều có những ưu, nhược điểm riêng Đối với công trình yêu cầu không gian linh hoạt cho các hộ gia đình, giải pháp tường chịu lực không đáp ứng được Hệ khung chịu lực gây ra chuyển vị ngang lớn và kích thước cấu kiện lớn, không phù hợp và gây lãng phí Giải pháp hệ lõi chịu lực cần thiết kế với độ dày sàn lớn và lõi phân bố hợp lý, dẫn đến khó khăn trong việc bố trí mặt bằng cho nhà ở và giao dịch buôn bán Để đáp ứng các yêu cầu kiến trúc và kết cấu cho nhà cao tầng chung cư, biện pháp sử dụng hệ hỗn hợp, kết hợp giữa hai hoặc nhiều hệ cơ bản, là lựa chọn tối ưu Dựa trên phân tích này, hệ kết cấu chịu lực được chọn cho công trình là hệ khung – lõi.
2.1.2.2 Lựa chọn sơ đồ làm việc cho công trình
Phân tích cho thấy rằng sơ đồ khung - giằng là lựa chọn hợp lý nhất cho công trình Việc sử dụng kết cấu lõi, cụ thể là lõi cầu thang máy, kết hợp với khung giúp giảm tải trọng ngang tác động lên từng khung Nhờ vào độ cứng chống uốn lớn của lõi, trị số mômen do gió gây ra được giảm đáng kể Sự kết hợp đồng thời giữa khung và lõi là ưu điểm nổi bật của hệ kết cấu này, do đó, hệ khung giằng được lựa chọn làm hệ kết cấu chính chịu lực cho công trình.
Yêu cầu về độ cứng của công trình cần được duy trì đồng nhất trên toàn bộ chiều cao và phương ngang của nhà Việc thay đổi độ cứng hoặc cường độ của một tầng hoặc một phần nào đó có thể dẫn đến sự xuất hiện của tầng mềm, gây ra sự tập trung biến dạng tại đó và làm tăng nguy cơ sụp đổ cho toàn bộ công trình hoặc phần trên tầng mềm.
Công trình cao 12 tầng với chiều cao 37,8m được phân loại là công trình cao tầng cỡ trung bình, với giải pháp kết cấu thông dụng là hệ khung giằng Hệ thống này bao gồm khung và vách bê tông cốt thép, kết hợp để chịu lực hiệu quả.
Trong quá trình làm việc, hệ thống khung chịu tải trọng đứng, trong khi hệ thống vách ngoài chịu tải trọng ngang và cũng tham gia vào việc chịu tải trọng đứng Dưới tác động của tải trọng ngang, khung chủ yếu chịu cắt, dẫn đến chuyển vị tương đối của các tầng trên nhỏ hơn so với các tầng dưới Ngược lại, lõi và vách chủ yếu chịu uốn, khiến cho chuyển vị tương đối của các tầng trên lớn hơn các tầng dưới Sự kết hợp này giúp giảm chuyển vị tổng thể của công trình Hệ kết cấu sàn đóng vai trò liên kết hai hệ thống, với kết cấu sàn dầm (sàn sườn) thường được sử dụng cho các công trình nhà cao tầng, giúp tăng độ cứng ngang và giảm chuyển vị ngang của công trình.
2.1.3 Lựa chọn vật liệu làm kết cấu công trình
- Bê tông sử dụng bê tông B20 (M300) có:
+ Cường độ tính toán chịu nén: Rb = 11,5Mpa = 1150T/m2
+ Cường độ tính toán chịu kéo: R bt = 0,9Mpa = 90T/m2
Sử dụng bê tông thương phẩm từ các trạm trộn giúp rút ngắn tiến độ thi công Bê tông được tính toán cấp phối và sử dụng phụ gia để đảm bảo đạt cường độ theo yêu cầu.
- Thép chịu lực dùng thép AII, cường độ Rk = Rn = 2800 kG/cm2, thép đai dùng thép AI, cường độ R k = Rn = 2250 Kg/cm2.
Lập mặt bằng kết cấu sơ bộ
Xem trong bản vẽ KC-01, KC-02, KC-03.
Lựa chọn sơ bộ kích thước cấu kiện
2.3.1 Lựa chọn chiều dày sàn
- Công thức xác định chiều dày bản sàn nhƣ sau:
+ D - hệ số phụ thuộc vào đặc tính của tải trọng theo phương đứng tác dụng lên sàn, D = 0,8 1,4;
+ l - nhịp tính toán theo phương chịu lực của bản sàn;
+ m - hệ số phụ thuộc vào đặc tính làm việc của sàn, m = 35 45 cho sàn làm việc theo 2 phương và m = 30 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 l 2 /l 1 ≤ 2 ô sàn làm việc theo 2 phương (thuộc loại bản kê 4 cạnh)
+ Loại 2: Các ô sàn có tỷ số các cạnh l 2 /l 1 ³ 2 ô sàn làm việc theo 1 phương (thuộc loại bản dầm)
Hình 2.2a Bản kê loại dầm Hình 2.2b Bản kê 4 cạnh
- Lựa chọn tiết diện cho ô sàn cho ô sàn S1:
+ l lấy theo cạnh ngắn S1 của ô sàn = 2,2 m
Chiều dày các ô sàn được xác định trong bảng 2.1 (Phụ lục chương 2) Để thuận tiện cho việc quản lý thi công và giảm thiểu vết nứt cũng như độ võng, chiều dày toàn bộ sàn được chọn là 15cm, đặc biệt khi có nhiều tường xây ngăn phòng trên các sàn.
2.3.2 Xác định tiết diện dầm
- Chiều cao tiết diện dầm h d chọn sơ bộ theo nhịp:
+ ld – Nhịp của dầm đang xét;
+ m d – Hệ số kể đến vai trò của dầm (Với dầm phụ: m d = 15 ® 20; với dầm chính: m d = ® 8 12 ; với đoạn dầm consol: m d = ® 5 7 )
+ Bề rộng tiết diện dầm b d chọn trong khoảng ( 0,3 ® 0,5 ) ´ h d
- Chọn tiết diện cho dầm D(2-1): Dầm chính, chọn m d = 12
9 0, 75 75( ) 12 d d d m cm h l m = = = ® Chọn h d 0mm b d = = ( 0,3 – 0,5).75 = (22,5 - 37,5)mm ® Chọn b d 0mm Đối với các tầng khác, các tiết diện dầm cũng được tính toán tương tự trong bảng 2.2 (xem phụ lục chương 2)
2.2.3 Xác định tiết diện cột
- Kích thước tiết diện cột được chọn theo công thức sau:
+ N – Lực dọc sơ bộ xác địnhtheo công thức:
+ F – Diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét;
+ q – Tải trọng tương đương tính trên mỗi mét vuông mặt sàn (tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời), theo kinh nghiệm q= (1 1,5) T/m 2 ;
+ n – Số sàn phía trên tiết diện đang xét (kể cả mái);
+ Rb – Cường độ tính toán về nén của bê tông;
+ k = ( 1,1 ® 1,5 ) – Hệ số xét đến ảnh hưởng khác như mômen uốn, hàm lƣợng cốt thép, độ mảnh của cột:
k =1.1 đối với cột trong nhà
Cột sau khi chọn phải kiểm tra lại điều kiện về độ mảnh theo phương cạnh ngắn:
- Tính chọn cột góc C 1 : Tầng 1
A yc m cm ® Chọn cột có tiết diện 60x60 cm
- Kiểm tra điều kiện về độ mảnh:
Thỏa mãn điều kiện về độ mảnh
Các cột còn được tính trong bảng 2.3 (xem phụ lục chương 2)
2.3.4 Xác định tiết diện vách
Theo TCVN 1998 quy định độ dày của lõi thang máy không nhỏ hơn một trong hai giá trị sau:
Vậy sơ bộ chọn độ dày vách thang máy là 300mm, vách tầng hầm là 300mm.
Tính toán tải trọng và tác động
Tải trọng các lớp tĩnh tải hoàn thiện đƣợc tính toán theo công thức sau:
+ – Tải trọng tiêu chuẩn : q tc = h t g ( T/ m 2 ) ;
+ hht – Chiều dày lớp hoàn thiện (m);
+ n – Hệ số độ tin cậy
Các giá trị tải trọng tính toán cụ thể trong bảng 2.4 đến 2.6 (Phụ lục chương 2)
2.4.1.2 Tĩnh tải tường xây, vách ngăn
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
Công thức tính tĩnh tải tường xây vách ngăn tính như sau :
+ – Tải trọng tiêu chuẩn : q tc = h t g ( T/ m 2 );
+ hd,s - Chiều cao dầm hoặc sàn trên tường tương ứng + – Trọng lương riêng (T/m 3 );
+ n – Hệ số độ tin cậy
Tĩnh tải tường xây và vách ngăn được xem trong Bảng 2.7, 2.8 (Phụ lục chương 2)
Tải trọng bản thân của công trình được chương trình tính toán kết cấu
SAP 2000 tự động tính toán theo khai báo với hệ số kể đến trọng lƣợng bản thân là 1,1
Hoạt tải của các phòng đƣợc lấy theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động
TCVN 2737-1995 Đƣợc tính toán theo công thức sau :
+ – Tải trọng tiêu chuẩn tra trong Bảng 3: Tải trọng tiêu chuẩn phân bố đều trên sàn và cầu thang, TCVN 2737 – 1995
+ n – Hệ số độ tin cậy tra trong mục 4.3.3 TCVN 2737 – 1995
Hoạt tải được thể hiện trong Bảng 2.9 (Phụ lục chương 2)
Công trình có chiều cao 7,8m và dưới 40m chỉ cần tính đến thành phần tĩnh của tải trọng gió, không cần xem xét thành phần động Tải trọng gió được xác định dựa trên công thức cụ thể.
+ n: hệ số tin cậy của tải trọng gió n = 1,2
+ Wo (kg/cm 2 ): áp lực gió tuỳ thuộc vào vùng áp lực gió Công trình đƣợc xây dựng ở Hà Nội thuộc vùng IIB có Wo = 95daN/m 2
+ K: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao so với mốc chuẩn ứng với những dạng địa hình
+ c : hệ số khí động Với công trình thiết kế Chút = 0,6 ; C đẩy = 0,8
- Tính tĩnh tải gió cho sàn 1:
Tầng 1 có độ cao 4,2 ho = 50 cm Vậy Hệ số chuyển đổi m o 0, 4
Tính mômen tương đương (đổi nén lệch tâm xiên sang nén lệch tâm phẳng)
b Độ lệch tâm hình học e 1
N Độ lệch tâm tính toán e o đƣợc xác định nhƣ sau
Với kết cấu siêu tĩnh : e0 = max (e1,ea) = 2,5 cm
Vậy là trường hợp nén lệch tâm rất bé ,tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng của nén lệch tâm e
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm
Ta có: 14 18,56 104 tính theo công thức sau:
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc A st :
b, Tính với cặp nội lực thứ 2:
C C Vậy tính theo phương y b = C x = 55 cm , h = C y = 60 cm
Giả thiết a = 5 cm có ho = 55 cm , Z = 50 cm
M2 = Mx1 = 9,143 T.m Độ lệch tâm ngẫu nhiên e a = eay + 0,2.eax = 2 + 0,2.1,83 = 2,366 cm Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng
Tính mômen tương đương (đổi nén lệch tâm xiên sang nén lệch tâm phẳng)
b Độ lệch tâm hình học e 1
N Độ lệch tâm tính toán e o đƣợc xác định nhƣ sau
Với kết cấu siêu tĩnh : e0 = max (e1,ea) = 2,8 cm
Vậy là trường hợp nén lệch tâm rất bé ,tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng của nén lệch tâm e
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm
Khi:14 18,56 104 tính theo công thức sau:
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc Ast:
c, Tính với cặp nội lực thứ 3:
C C Vậy tính theo phương y b = Cx = 55cm , h = Cy = 60 cm
Giả thiết a = 5 cm có h o = 55 cm , Z = 50 cm
M2 = Mx1 = 7,341T.m Độ lệch tâm ngẫu nhiên ea = eay + 0,2.eax = 2 + 0,2.1,83 = 2,2 cm
Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng
Tính mômen tương đương (đổi nén lệch tâm xiên sang nén lệch tâm phẳng)
b Độ lệch tâm hình học e1 :
N Độ lệch tâm tính toán e o đƣợc xác định nhƣ sau
Với kết cấu siêu tĩnh : e0 = max (e1,ea) = 3,04 cm
Vậy là trường hợp nén lệch tâm rất bé ,tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng của nén lệch tâm e
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm
Khi:14 18,56 104 tính theo công thức sau:
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc A st :
+ Diện tích cốt thép dọc lớn nhất A st = 29,42 cm 2
- Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép:
Với hàm lƣợng cốt thép phải thỏa mãn :
Từ kết quả trên ta chọn thép cho C1 nhƣ sau:
Chọn 12Φ20 đặt theo chu vi, có A st = 37,7cm 2
- Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép:
Vậy hàm lƣợng cốt thép thoả mãn theo yêu cầu
+ Đường kính cốt thép đai Φ đai ≥ (0,25Φ dọc max ,5mm ) = (0,25.20;5mm)
Vậy chọn cốt đai có Φ = 8mm
Cốt đai phải đƣợc bố trí liên tục qua nút khung với mật độ nhƣ của vùng nút
+ Khoảng cách giữa các cốt đai:
Khoảng cách cốt đai: S = 200mm
+ Tại đoạn nói chồng thép dọc : 10 200 s min mm
+ Kiểm tra lớp bảo vệ cốt thép :
.- Bố trí cốt thép xem trong bản vẽ KC -04, KC- 05
Các cột còn lại xem trong bảng 3.2, bảng 3.3(phụ lục chương 3)
Tính toán các cấu kiện dầm khung 1
3.2.1 Cơ sở lý thuyết về cấu tạo
Dầm là một cấu kiện có chiều dài lớn hơn nhiều so với chiều cao và chiều rộng của tiết diện ngang Tiết diện ngang của dầm thường có hình dạng chữ nhật hoặc chữ I.
T, chữ I, hình thang, hình hộp, Thường gặp nhất là tiết diện chữ nhật và chữu T
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 yêu cầu kiến trúc và quá trình định hình ván khuôn.
Hình 3.4: 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 3.5: 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 trong dầm thường được đặt ở vùng kéo và đôi khi ở vùng nén, với diện tích tiết diện ngang xác định theo trị số mômen uốn Đường kính của cốt dọc chịu lực 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 tiết diện Đối với dầm có chiều rộng từ 15 cm trở lên, tối thiểu cần hai thanh cốt dọc, trong khi dầm có bề rộng nhỏ hơn có thể chỉ cần một cốt Cốt dọc chịu lực có thể được bố trí theo một hoặc nhiều lớp, tuân thủ các nguyên tắc cấu tạo.
Cốt dọc cấu tạo có thể là:
Cốt giá được sử dụng để giữ vị trí của cốt đai trong quá trình thi công, đặc biệt đối với dầm mà chỉ cần cốt dọc chịu kéo theo tính toán Ngoài ra, cốt giá cũng chịu 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, giúp chịu đựng ứng suất do co ngót và nhiệt độ Chức năng của các cốt thép này là giữ cho khung cốt thép ổn định và ngăn ngừa sự lệch lạc khi tiến hành 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 kết cấu bê tông, chịu nội lực cắt Q và kết nối vùng bê tông chịu nén với vùng chịu kéo để đảm bảo tiết diện có khả năng chịu mômen Góc nghiêng của cốt xiên thường là 45 độ, nhưng với dầm cao trên 80 cm thì α = 60 độ, còn đối với dầm thấp và bản thì α = 30 độ Đường kính cốt đai thường 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, hai hoặc nhiều nhánh, và khoảng cách cùng diện tích của cốt xiên và cốt đai được xác định thông qua tính toán.
3.2.2 Cơ sở lý thuyết tính thép dầm bê tông cốt thép
Tóm tắt quy trình tính toán cốt thép dầm nhƣ sau:
Sơ đồ ứng suất của tiết diện có cốt đơn thể hiện khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép bê tông chịu kéo (a) và chiều cao có ích của tiết diện (h).
0 s 0 h h a b: Bề rộng tính toán của tiết diện
Sau khi xác định giá trị nội lực M từ phần mềm tại các vị trí của gối nhịp của dầm, ta tiến hành tính toán cốt thép theo quy trình sau: đầu tiên, tính toán cốt dọc chịu mô men âm.
Tính theo tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn
- Kích thước tiết diện bxh
- Nếu m ≤ R thì tra bảng ra hoặc tính theo công thức:
- Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép:
+ Nếu min 0, 05% thì lấy A s >= 0,0005b.ho
+ Nếu min chọn và bố trí cốt thép để kiểm tra lại a, nếu xấp xỉ hoặc lớn hơn a giả thiết là có thể chấp nhận đƣợc
Nếu αm > αR, điều này cho thấy kích thước tiết diện chọn nhỏ Trong trường hợp αR < αm < 0,5, cần giữ nguyên tiết diện và tính toán theo bài toán cốt kép Đối với tính toán cốt đơn, nếu αR < αm < 0,5, có hai phương pháp để tính toán thép theo bài toán cốt kép.
Trong quá trình thiết kế, cần sử dụng thép chịu mô men dương để neo vào gối, nhằm làm cốt thép chịu nén cho mô men âm Việc này yêu cầu tính toán chiều dài đoạn neo của A s ' (l an) một cách chính xác.
Hình 3.7 : Tiết diện đặt cốt thép kép chịu mô men âm
Nếu R m thì tra bảng ra hoặc tính:
- Nếu m R thì cốt thép ở trên là chƣa đủ, cần tính lại A ' s và sau đó là A s theo cách 2 dưới đây:
2 Cách 2: Coi nhƣ chƣa biết A ' s Tính cả A ' s và A s
Trong hai cách trên ƣu tiên cách 1 là hợp lý và kinh tế hơn
Nếu α m > 0,5, việc thay đổi tiết diện dầm sẽ dẫn đến sự thay đổi tải trọng và nội lực trong toàn bộ khung Bên cạnh đó, cần tính toán cốt dọc chịu mô men dương.
Bản sàn đổ toàn khối với phần trên của dầm nên chịu mô men dương được tính nhƣ tiết diện chữ T có cánh trong vùng nén
Hình 3.8: Sơ đồ tiết diện chữ Tcánh nằm trong vùng nén
- Độ vươn của sản cánh được lấy như sau:
( l là nhịp dầm của khung)
- Khi dầm ngang vuông gốc với dầm khung ở trong khoảng giữa dầm, hoặc khi h ' f 0,1 h thì S c không đƣợc vƣợt quá một nữa khoảng cách thông thủy của hai dầm khung
- Khi không có dầm ngang hoặc khoảng cách giữa các dầm ngang lớn hơn khoảng cách giữa hai dầm khung và khi h ' f 0,1 h thì S c 6 h ' f
Kiểm tra vị trí trục trung hòa
- Nếu M≤ Mf : Trục trung hòa đi qua cánh, tính toán nhƣ đối với tiết diện tích chữ nhật với b xh ' f nhƣ đã trình bày ở mục a
- Nếu M> Mf : Trục trung hòa đi qua sườn, tính toán như đối với tiết diện tích chữ T dưới đây:
Từ m thì tra bảng ra ζ hoặc tính 1 1 2 m và xác định A s theo công thức:
(3.33) c, Tính toán và bố trí cốt đai
Cốt thép đai đặt theo kinh nghiệm, yêu cầu cấu tạo
3.2.3 Tính toán bố trí cốt thép dầm khung trục 1
- Thiết kế dầm D3 tầng 2 nhịp AB khung trục 1
- Tính toán cốt thép dọc dầm D3 (85x30cm)
Hình 3.10: Sơ đồ nội lực dùng để tính cốt thép dầm
- Nội lực thiết kế cấu kiện dầm
Xuất nội lực cho dầm có thuyết minh tính toán, dầm D3, sân thƣợng, nhịp
Xem bảng 3.2 (Phụ lục chương 3)
Sau khi tổ hợp nội lực ta chọn ra nội lực nguy hiểm nhất cho dầm
Cốt thép dầm đƣợc tính nhƣ cấu kiện chịu uốn
+ a Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép bê tông chịu kéo + ho Chiều cao có ích (Chiều cao làm việc) của tiết diện h0 = h-a
+ b Bề rộng tính toán của tiết diện
Sau khi có đƣợc giá trị moment M3-3 từ phần mềm ở các vị trí gối và nhịp dầm ta tiến hành tính toán cốt thép thép theo trình tự sau:
Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất cho dầm
- Tính cốt thép tại gối A và B (moment âm)
- Tính theo tiết diện chữ nhật bxh = 30x85 (cm)
Mômen 2 gối A và B đều âm Tại gối B có mômen lớn hơn gối A nên ta chọn mômen ở gối B để tính toán cốt thép cho cả hai gối MB = 42,61(T.m)
- Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép: min 0
Có: As = 21cm 2 chọn 6 22 (As chọn = 22,81 cm 2 )
Bố trí thép xem trong bản vẽ KC – 06
- Kiểm tra lớp bảo vệ:
Chiều dày lớp bảo vệ a3 2, 2 4,1
2 cm< 5,0cm Sự sai khác giữa a giả thiết và a thực tế là không lớn và thiên về an toàn nên không cần phải giả thiết lại giá trị a
Vậy chọn thép dọc dầm 6 22(A s chọn = 22,81cm 2 ) cho gối A và B
- Tính cốt thép cho nhịp AB (moment dương)
Tính theo tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén với h ' f cm bằng bề dày của bản
Giá trị độ vươn của cánh Sc lấy bé hơn trị số sau:
- Một nửa khoảng cách giữa hai dầm dọc : 0,5.(9,3 - 0,3) =4,5 m
Có Mmax = 26,91(T.m) < Mf = 189,225 (T.m) Trục trung hòa đi qua cánh
- Tính toán nhƣ đối với tiết diện chữ nhật có b xh ' f
- Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép: min 0
.- Kiểm tra lớp bảo vệ:
Chiều dày lớp bảo vệ a3 2, 2 4,1
2 cm< 5,0cm Sự sai khác giữa a giả thiết và a thực tế là không lớn và thiên về an toàn nên không cần phải giả thiết lại giá trị a
Vậy chọn thép dọc cho dầm 6 22
- Khoảng hở theo phương ngang giữa các cốt thép là:
Cốt thép đai đƣợc dặt theo kinh nghiệm và cấu tạo
Hai đầu dầm đƣợc bố trí 8 a100 trong khỏang cách L/3 nhịp thông thủy Giữa dầm đƣợc bố trí 8 a200 trong khoảng còn lại
Chỗ giao nhau với dầm phụ đƣợc gia cố thêm cốt đai 5 8 a50 mỗi bên
- Bố trí thép xem chi tiết trong bản vẽ KC - 06, KC – 07
Các cấu kiện dầm khác được tính toán trong bảng 3.4 (Xem phụ lục chương
THIẾT KẾ CẤU KIỆN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Cơ sở lý thuyết tính toán cấu kiện sàn
Tính toán thép tương tự với dải dầm có bề rộng bàng 1m,chiều cao của dầm bằng chiều dày sàn
Hình 4.0: Sơ đồ tính toán cốt thép trong bản
As: Diện tích cốt thép trong dải bản sàn, As đƣợc đặt vào vùng chịu kéo a o : Chiều dày lớp đệm ; a o = c + 0,5 c: Chiều dày lớp bảo vệ
: Đường kính cốt thép ho = h-ao : Chiều cao làm việc của tiết diện x: Chiều cao vùng nén
4.1.2 Các trường hợp tính toán a, Ô bản chịu uốn một phương Ô bản có liên kết cứng (hoặc ngàm) theo một canh, ô bản có liên kết trên hai cạnh đối diện, song song sẽ chịu uốn theo một phương vuông gốc với cạnh có liên kết
Khi cắt một dải bản theo phương chịu uốn với bề rộng b, mỗi dải bản này hoạt động giống như một dầm Do đó, bản chịu uốn theo phương còn được gọi là bản loại dầm.
Ô bản chịu uốn một phương và hai phương có cấu trúc khác nhau Ô bản có liên kết theo cả 4 cạnh hoặc liên kết cứng trên hai cạnh vuông gốc sẽ chịu uốn đồng thời theo cả hai phương.
Ô bản chịu uốn hai phương có liên kết bốn cạnh luôn luôn chịu uốn theo hai phương Nếu chiều dài l2 lớn hơn nhiều so với l1 (M2 nhỏ hơn M1), có thể bỏ qua sự làm việc theo chiều dài lớn và tính toán như ô bản một phương Điều kiện này cần được tuân thủ trong quá trình tính toán.
1 t 2 t l l cần tính toán bản liên kết bốn cạnh theo hai phương (4.2) c, Nhịp tính toán
Trong thiết kế ô bản đơn kê lên tường, cần phân biệt bốn loại kích thước quan trọng: chiều dài cấu tạo (lct), nhịp nguyên (l), nhịp thông thủy (lo) và nhịp tính toán (lt) Việc hiểu rõ các kích thước này là cần thiết để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình xây dựng.
Hình 4.3: Các kích thước của ô bản
Chiều dài cấu tạo l ct là tổng chiều dài theo thiết kế, bao gồm cả mép bản Thông số này được sử dụng để tính toán lượng vật liệu cần thiết, bao gồm bê tông và cốt thép.
Nhịp nguyên l là khoảng cách giữa trục các gối tựa (hoặc liên kết) Nhịp thông thủy lo là khoảng cách bên trong các mép gối tựa (nhịp rỗng)
Nhịp tính toán lt là khoảng cách giữa các điểm được xác định là điểm đặt của phản lực gối tựa, và cách xác định lt sẽ khác nhau tùy thuộc vào hình thức của liên kết.
Với liên kết cứng, lt đƣợc tính từ mép trong của tiết diện
Với liên kết kê, l t đƣợc tính từ điểm đặt phản lực, điểm này lấy lùi vào bên trong trong mép gối một đoạn là C:
S b là đoạn bản kê gối tựa
Với gối kê là tường gạch nên chọn Sb> max( 0,6hb và 100mm)
Nhƣ vậy công thức để xác định l t nhƣ sau:
- Với hai liên kết cứng (hình 4.4a): l t l 0 (4.4)
- Với hai gối kê (hình 4.4a và 4.4b): l t l 0 c 1 c 2 (4.5)
- Với một gối kê và một liên kết cứng: l t l 0 c (4.6)
Hình 4.4: Sơ đồ xác định nhịp tính toán của bản
4.1.3 Tính toán bản một phương a, Tính bản liên tục theo sơ đồ dẻo
Với dải bản liên tục có các nhịp lt cạnh nhau chênh lệch không quá 10% có thể dùng các công thức lập sẵn theo sơ đồ trên hình 4.6
- Với các gối giữa và nhịp giữa:
M (4.7) Để tính M dương giữa nhịp thì ở nhịp nào lấy lt của nhịp ấy còn để tính
M âm ở trên gối, lấy lt theo nhịp lớn hơn kề với gối ấy
Hệ số φA $÷32 được xác định dựa trên sự đánh giá độ cứng của dầm, yêu cầu người thiết kế phải có trình độ phân tích và kinh nghiệm Đặc biệt, trong trường hợp ngàm tuyệt đối cứng và tính toán theo sơ đồ dẻo, có thể sử dụng hệ số φA.
Hình 4.5: Momen trong dải bản liên tục, một phương
A- gối biên; B- gối thứ hai; C,D- các gối giữa (dải bản còn tiếp tục), a) Khi gối biên kê tự do; b) Khi gối biên ngàm đàn hồi
- Với gối thứ hai (gối B)
Khi A là ngàm đàn hồi thì: ql 2
Khi sử dụng dải bản nhiều nhịp, nếu chênh lệch giữa nhịp lớn nhất và nhịp bé nhất không vượt quá 10% của nhịp lớn nhất, có thể đơn giản hóa việc tính toán bằng cách lấy lt.
(theo nhịp lớn nhất để tính toán cho tất cả các momen đã kể trên
Khi các nhịp bản có sự chênh lệch lớn, cần thực hiện điều chỉnh trong tính toán, như đã được trình bày trong phụ lục 10 “Sàn sườn toàn khối” của GS.TS Nguyễn Đình Cống Đồng thời, việc tính bản liên tục cũng cần dựa trên sơ đồ đàn hồi để đảm bảo tính chính xác trong thiết kế.
Tính dải bản một phương theo sơ đồ đàn hồi có thể áp dụng các phương pháp của cơ học kết cấu để tính toán dầm liên tục Khi các nhịp lt bằng nhau, có thể sử dụng các công thức với các hệ số aa và ab đã được tính toán sẵn.
4.1.4 Tính toán bản hai phương a Sơ đồ tính
Xét ô bản có liên kết bốn cạnh với nhip tính toán lt1 và lt2 trong đó lt2 là cạnh dài hơn tính toán ô bản chịu uốn hai phương khi 2
Hình 4.6: Sơ đồ tính toán ô bản hai phương a) Chia thành phần tử tấm; b) Lấy hai dải đại diện b, Ô bản đơn kê tự do trên bốn cạnh
- Tính toán theo sơ đồ dẻo:
Hình 4.7: Sơ đồ ô bản kê tự do bốn cạnh, chịu uốn hai phương
Có thể lấy giá trị φ1 theo r ở bảng 4.1
Bảng 4.1: Giá trị 1 để tính toán M 1
- Tính toán theo sơ đồ đàn hồi:
Với sơ đồ đàn hồi tính M1 và M2 theo công thức:
M 1 = α 1 q 2 l t1 l t2 ; M 2 =α 2 q 2 l t1 l t2 (4.14) Các hệ số tra bảng 4 phụ lục chương 4
Tính toán ô bản đơn kê tự do 4 cạnh theo sơ đồ đàn hồi thường cho kết quả gần bằng so với sơ đồ dẻo, tùy thuộc vào tỉ số r Đôi khi, sơ đồ đàn hồi có thể cho kết quả lớn hơn hoặc nhỏ hơn so với sơ đồ dẻo Ngoài ra, việc tính toán ô bản có liên kết ngàm cũng cần được xem xét để đảm bảo tính chính xác trong thiết kế.
Trong thực tế, liên kết ngàm lý tưởng rất hiếm gặp, do đó việc nghiên cứu cách tính toán thường giả thiết về các liên kết ngàm đàn hồi hoặc gối tựa Điều này cho phép khảo sát gần đúng các cạnh của ô bản, mà có thể có từ một đến bốn cạnh ngàm, trong khi các cạnh còn lại được kê tự do.
Hình 4.8: Sơ đồ các ô bản có một số cạnh ngàm
Tính bản có một số cạnh ngàm có thể theo sơ đồ dẻo hoặc sơ đồ đàn hồi
Hình 4.9: Mômen trong bản có cạnh ngàm
- Tính toán theo sơ đồ dẻo:
Lấy M1 là momen chuẩn của ô bản Đặt các hệ số:
Bảng 4.2: Bảng các hệ số để tính bản hai phương
+ Momen M1 đƣợc tính theo công thức:
Biểu thức xác định D phụ thuộc vào việc đặt cót thép trong bản
- khi cốt thép chịu mô men dương được đặt đều theo mỗi phương trong toàn ô bản
Xác định D theo công thức:
Hình 4.11: Hai cách đặt cốt thép trong bản
- Khi cốt thép chịu momen dương được đặt không đều
Xác định D theo công thức:
D= (2+A1+B1)lt2 +(2θ+ A2 + B2)lt1 - (2+2θ).lk (4.18) lk= (0,2÷0,25)lt1 (4.19)
+ Tính M2 và MAi, MBi theo công thức:
- Tính toán theo sơ đồ đàn hồi :
Tính M1 và M2 theo công thức :
Tính M A1 và M B1 theo công thức:
M q l l M q l l (4.22) Tính MA2 và MB2 theo công thức:
M q l l M q l l (4.23) Các hệ số 1 , 2 , 1 , 2 cho ở bảng 4 phụ lục chương 4 ứng với cạnh kê tự do
4.1.5 Bài toán tính toán cốt thép
Tính toán giống với bài toán tính toán cốt thép dầm theo tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn (Mục 3.2.2.a)
- Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép
+ nếu % min 0,05%, chứng tỏ h quá lớn, cần rút bớt h hoặc chọn As theo:
A Chọn a không lớn hơn giá trị tính
Nên chọn a là bội của 10mm để thuận tiện thi công và cũng thỏa mãn điều kiện:
min max min max max
150 min 1,5 400 a a a a mm h mm a mm h mm a h mm
Áp dụng tính toán bố trí cốt thép cấu kiện sàn
Tính toán cốt thép cho sàn điển hình (tầng 3)
4.2.1.1.Xác định kích thước ô bản
- Khoảng cách nội giữa hai mép dầm : l t1 = l 1 b 4,7 0,36 4,34 m lt2 = l 2 b 5,5 0,36 5,14 m
bản làm việc theo 2 phương tính cho bản kê 4 cạnh, tính theo sơ đồ khớp dẻo
- Tĩnh tải: Xem bảng 2.4, 2.45 phụ lục chương 2 gtt =0,529 (T/m 2 )= 529 (KG/m 2 )
- Hoạt tải: Xem bảng 2.9 phụ lục chương 2 p = 195 KG/m 2
Hình 4.12: Sơ đồ tính toán sàn phòng ở bản kê 4 cạnh
Tải trọng tính toán q= 724 KG/m
Tra bảng tỷ số momen khi tính bản theo sơ đồ khớp dẻo sách sàn sườn bê tông cốt th p toàn hối kết hợp nội suy ta có
Bảng 4.2: Bảng tra tỷ số momen tính theo sơ đồ khớp dẻo
Thay số vào phương trình ta được
Giải phương trình ta được M 1 = 303,77 KG.m
Chiều dày sàn là 15cm, với khoảng cách từ trọng tâm cốt thép tới mép chịu kéo là 1,5cm Do đó, chiều cao làm việc của bản sàn được tính là 13,5cm Cần tiến hành tính toán cốt thép chịu mô men dương cho cấu trúc này.
- Ta tính toán với tiết diện chữ nhật bxh = 100x15cm
- Diện tích tiết diện ngang của cốt thép trên 1m dài bản:
- Hàm lƣợng cốt thép trên 1 m dài bản:
- chọn lớp bảo vệ c mm
0 0 15 1, 4 13,6 0 h h a cm h (giả thiết),5cm Thỏa mãn
- Ta tính toán với tiết diện chữ nhật bxh = 100x15 cm
- Diện tích tiết diện ngang của cốt thép trên 1m dài bản:
- Hàm lƣợng cốt thép trên 1 m dài bản:
- chọn lớp bảo vệ c mm
0 0 15 1, 4 13,6 0 h h a cm h (giả thiết),5cm Thỏa mãn b Tính toán cốt thép chịu mô men âm
Theo phương l 1 có M AI = 397,94 KG.m
- Ta tính toán với tiết diện chữ nhật bxh = 100x15 cm
- Diện tích tiết diện ngang của cốt thép trên 1m dài bản:
- Hàm lƣợng cốt thép trên 1 m dài bản:
- chọn lớp bảo vệ c mm
0 0 15 1, 4 13,6 0 h h a cm h (giả thiết),5cm Thỏa mãn
Theo phương l 2 có M AII = 273,27 KG.m
- Ta tính toán với tiết diện chữ nhật bxh = 100x10 cm
- Diện tích tiết diện ngang của cốt thép trên 1m dài bản:
- Hàm lƣợng cốt thép trên 1 m dài bản:
- chọn lớp bảo vệ c mm
0 0 15 1, 4 13,6 0 h h a cm h (giả thiết),5cm Thỏa mãn
Bảng 4.3: Bảng chọn cốt thép sàn phòng ở
(kG.m) Chọn thép Mômen âm
Xác định nhịp tính toán :
Ta đi tính cho một ô bản có kích thước 4x4,7m Bản liên kết cứng với dầm theo các phương
Khoảng cách nội giữa hai mép dầm : l t1 = l 1 b 4 0, 26 3,74 m l t2 = l 2 b 4,7 0, 26 4, 44 m
Bản chịu uốn được thiết kế theo hai phương để đáp ứng yêu cầu chống thấm cho sàn nhà vệ sinh, đồng thời tăng cường độ an toàn và ngăn ngừa nứt Thiết kế này tuân theo sơ đồ đàn hồi, với tải trọng tính toán được xác định rõ ràng.
- Hoạt tải tính toán : 196 (kG/ m 2 )
Trên sơ đồ mômen dương theo 2 phương M 1 & M 2 mômen âm M I & M II
Tính M1 và M2 theo công thức :
Tính MI và MII theo công thức:
Hình 4.13 minh họa sơ đồ tính ô sàn theo hai phương Dựa vào bảng phụ lục 6, sơ đồ bản kê 4 cạnh trong sách sàn sườn bê tông cốt thép toàn hối của GS Nguyễn Đình Cống cho thấy tỷ lệ l t2 /l t1 = 1,187.
Với mômen âm và momen dương tra sơ đồ 4 cạnh ngàm ta được
Chia bản thành dải rộng 1m để tính
Ta có tiết diện tính toán : b x h = 100 x 15 (cm)
Tính cốt thép theo phương l 1 : (4m)
+ Cốt th p t nh th o mom n ư n có M 1 = 281,96kG.m
- chọn lớp bảo vệ c mm
0 0 15 1, 4 13,6 0 h h a cm h (giả thiết),5cm Thỏa mãn
+ Cốt th p t nh theo momen âm: có M I = - 648,06kG.m
- chọn lớp bảo vệ c mm
0 0 15 1, 4 13,6 0 h h a cm h (giả thiết),5cm Thỏa mãn
Tính cốt thép theo phương l 2 : (4,7m )
+ Cốt th p t nh th o mom n ư n có M 2 = 202,28kG.m
Vậy đặt cốt thép theo cấu tạo với =min% = 0,05%
- chọn lớp bảo vệ c mm
0 0 15 1, 4 13,6 0 h h a cm h (giả thiết),5cm Thỏa mãn
+ Cốt th p t nh th o mom n m có M II = - 466,12kG.m
- chọn lớp bảo vệ c mm
0 0 15 1, 4 13,6 0 h h a cm h (giả thiết),5cm Thỏa mãn
Bảng 4.4: Bảng chọn cốt thép sàn phòng WC
(kG.m) Chọn thép Mômen âm
- Xác định nhịp tính toán :
Ta đi tính cho một ô bản có kích thước 1,35x5,5m Bản liên kết cứng với dầm theo các phương
Khoảng cách nội giữa hai mép dầm : lt1 = l 1 b 1,35 0, 26 1,09 m lt2 = l 2 b 5,5 0, 22 5, 28 m
Bản chịu uốn theo một phương được thiết kế nhằm đáp ứng yêu cầu chống thấm cho sàn ban công, đồng thời tăng cường độ an toàn và giảm thiểu nguy cơ nứt cho sàn Thiết kế này tuân theo sơ đồ đàn hồi với tải trọng tính toán cụ thể.
- Tĩnh tải tính toán đƣợc tính theo bảng sau:
- Hoạt tải tính toán : 240 kG/ m 2
Cắt một dải bản rộng b1=1m và xem dải bản làm việc nhƣ một dầm liên tục
Hình 4.14: Nội lực trên ô sàn ban công
Chia bản thành dải rộng 1m để tính
Ta có tiết diện tính toán : b x h = 100 x 15 (cm)
+ Cốt th p t nh th o mom n ư n có M + = 5840 kG.cm
Vậy đặt cốt thép theo cấu tạo với =min% = 0,05%
- chọn lớp bảo vệ c mm
0 0 15 1, 4 13,6 0 h h a cm h (giả thiết),5cm Thỏa mãn
+ Cốt th p t nh th o mom n m M - 679kG.cm
Vậy đặt cốt thép theo cấu tạo với =min% = 0,05%
- chọn lớp bảo vệ c mm
0 0 15 1, 4 13,6 0 h h a cm h (giả thiết),5cm Thỏa mãn