KIẾN TRÚC
Giới thiệu về công trình
Tên công trình: CHUNG CƢ HOA LƢ Địa chỉ: Phường Bích Đào - Thành Phố Ninh Bình
Ninh Bình, vùng đất giàu truyền thống lịch sử và văn hóa dân tộc, có dân số khoảng 285.000 người vào năm 2020 và dự kiến đạt 400.000 người vào năm 2030 Với diện tích thành phố hạn chế và mật độ dân số cao, nhu cầu về nhà ở tại Ninh Bình đang trở nên cấp bách.
Theo quyết định số 1266/QĐ-TTg, quy hoạch chung đô thị Ninh Bình đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 sẽ phát triển không gian đô thị theo mô hình đa tâm Mô hình này bao gồm khu vực đô thị trung tâm và các khu vực đô thị phụ trợ, nhằm tạo ra sự phát triển đồng bộ và bền vững cho thành phố.
Với xu hướng hội nhập và công nghiệp hóa hiện đại, việc đầu tư xây dựng nhà ở cao tầng thay thế các công trình thấp tầng và khu dân cư xuống cấp là cần thiết Nhà ở chung cư trở thành giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề phát triển dân số hiện nay.
Chung cƣ hoa lƣ ra đời là công trình đƣợc thiết kế với chiều cao 35 m gồm có
Công trình 10 tầng với diện tích mỗi tầng là 545,28 m² sẽ đáp ứng nhu cầu nhà ở và văn phòng cho 30 hộ dân, đồng thời trở thành khu dịch vụ giải trí mini tiện ích Mặc dù không sở hữu kiến trúc đồ sộ, nhưng nó góp phần quan trọng vào công cuộc đổi mới, làm thay đổi bộ mặt thành phố và đáp ứng nhu cầu nhà ở hiện đại cho người dân Đây là mô hình nhà lý tưởng cho thành phố, tiết kiệm đất đai và dễ dàng đáp ứng diện tích nhanh chóng, tạo điều kiện sống tốt về môi trường, giáo dục, nghỉ ngơi, và quan hệ xã hội Công trình này hứa hẹn sẽ trở thành một điểm nhấn kiến trúc hiện đại trong toàn thành phố.
- Tọa lạc tại phường Bích Đào thuộc khu trung tâm Thành Phố Ninh Bình, công trình có vị trí khá thoáng và đẹp
+ Phía Tây nam giáp Quốc lộ 10
+ Phía đông giáp Ngõ 395 – Nguyễn Công Trứ
+ Phía bắc giáp nhà dân
+ Phía Tây giáp cửa hàng tƣ nhân
Công trình chung cư Hoa Lư là một phần quan trọng trong chiến lược phát triển nhà ở cao cấp tại Ninh Bình Với vị trí trung tâm thành phố và hệ thống giao thông thuận tiện, dự án này nổi bật với lợi thế về vị trí, đồng thời nằm trong khu vực quy hoạch phát triển của thành phố.
Công trình có kích thước 46,6m chiều dài và 15,8m chiều rộng, chiếm diện tích xây dựng 763,28m², bao gồm 9 tầng và một tầng mái Tầng 1 được thiết kế làm khu dịch vụ và cửa hàng phục vụ nhu cầu của cư dân trong căn hộ cũng như người dân trong khu vực Từ tầng 2 đến tầng 8 được bố trí cho các căn hộ.
- Công trình nằm trên trục đường giao thông chính thuận lợi cho việc cung cấp vật tƣ và giao thông ngoài công trình
- Hệ thống cấp điện, cấp nước trong khu vực đã hoàn thiện đáp ứng tốt các yêu cầu cho công tác xây dựng
Khu đất xây dựng có mặt bằng phẳng, không có công trình cũ hay công trình ngầm, tạo điều kiện thuận lợi cho thi công và bố trí tổng bình đồ.
Các tiêu chuẩn áp dụng trong thiết kế kiến trúc công trình
- Công trình đươc thiết kế dựa theo các tiêu chuẩn sau:
1- TCXDVN 323 : 2004 nhà ở cao tầng – Tiêu chuẩn thiết kế
2- Quy chuẩn xây dựng việt nam QCXDVN 05: 2008/BXD – Nhà ở và công trình công cộng – An toàn sinh mạng và sức khỏe
3- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 07:2010/BXD – Các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị
4-TCVN 6079 : 1995 Bản vẽ xây dƣợng v kiến trc – Cch trình by bản vẽ - Tỷ lệ
5- QCVN 04-1: 2015/BXD Quy chuẩn quốc gia về nhà ở và công trình công cộng 6- TCVN 3: 1974 Hệ thống thiết kế ti liệu - Tỷ lệ.
Giải pháp kiến trúc
Tầng trệt được thiết kế ở cao trình +0.00 đến +4000 với chiều cao 4m, tạo không gian thoáng đãng cho khu dịch vụ Tổng diện tích của tầng này là 566 m², được sử dụng để bố trí khu dịch vụ giải trí và khu bán hàng, tiểu siêu thị.
Sảnh chính của công trình được thiết kế với không gian thông tầng, kết hợp hài hòa giữa lễ tân và sảnh đợi, tạo nên sự tiện lợi trong sử dụng Thiết kế này không chỉ mang lại sự sang trọng mà còn thể hiện tính hiện đại, phù hợp với các khối chức năng có tần suất hoạt động lớn như tiếp tân.
- Mặt bằng tầng trệt bao gồm:
+ 01cầu thang bộ lên các tầng ,
+ 02 khu bán hàng và khu dịch vụ giải trí ,
+ 02 khu vệ sinh và thay đồ,
+ 02 phòng kĩ thuật điện, nước
+ 02 thang máy lên các tầng
Mục đích sử dụng của siêu thị là phục vụ nhu cầu mua sắm và cung cấp các dịch vụ vui chơi giải trí cho các hộ gia đình, đồng thời đáp ứng nhu cầu chung của khu vực.
Hình 1.1 M ặt bằng tầng trệt
1.3.2 M ặt bằng tầng điển hình
- Toàn bộ diện tích tầng điển hình đƣợc bố trí làm nhà ở hoặc cho thuê văn phòng với đầy đủ các phòng chức năng
Mỗi tầng của tòa nhà được thiết kế với 4 căn hộ khép kín, có chiều cao thông thủy 3,3m, phù hợp với tiêu chuẩn của hệ thống nhà ở hiện đại.
Bảng 1.1: phòng thành phần của tầng điển hình
Phòng thành phần Số lƣợng
Phòng kỹ thuật điện và kho chứa 2
Hành lang và lối đi chung 1
Mục đích đáp ứng nhu cầu ăn, ở, sinh hoạt cho mỗi gia đình
Hình 1.2 M ặt bằng tầng điển hình
Mặt bằng tầng mái có hình khối và kích thước tương tự như các tầng khác, với hình chữ nhật dài 46,6 m và rộng 15,8 m, tổng diện tích đất xây dựng đạt 736,28 m².
- Mặt bằng mái với độ dốc 2% để thoát nước mưa trên mái
- Mái được bố trí 2 bể nước lớn để chứa nước phục vụ sinh hoạt, chữa cháy …
Hình 1.3 M ặt bằng tầng mái
Giải pháp mặt bằng đơn giản giúp tạo ra không gian rộng rãi cho các căn hộ, sử dụng vật liệu nhẹ làm vách ngăn để tổ chức không gian linh hoạt Điều này phù hợp với xu hướng và sở thích hiện tại, đồng thời cho phép dễ dàng thay đổi trong tương lai.
Giải pháp kiến trúc mặt đứng, mặt cắt
Mặt đứng của công trình không chỉ thể hiện kiến trúc bên ngoài mà còn góp phần quan trọng vào nhịp điệu kiến trúc của khu vực Với thiết kế hiện đại và trang nhã, mặt đứng được trang trí bằng hệ thống cửa kính khung nhôm, mang lại tiện nghi và cảm giác thoải mái cho người sử dụng Các căn hộ được thiết kế với cửa sổ mở rộng và ban công nhô ra, tạo không gian thông thoáng Bên cạnh đó, các phòng trong mỗi căn hộ được ngăn cách bởi tường xây 200, trong khi các phòng bên trong được ngăn bởi tường 100, hoàn thiện với trát vữa xi măng hai mặt và sơn ba lớp theo đúng kỹ thuật.
Hình dáng cao vút và hiện đại của công trình không chỉ vươn thẳng lên trên các tầng kiến trúc cũ, mà còn thể hiện sự mạnh mẽ và mềm mại, phản ánh quy mô và tầm vóc tương xứng với chiến lược phát triển của đất nước.
Kiến trúc mặt đứng được thiết kế một cách mạch lạc và rõ ràng, với quy mô phù hợp với chức năng sử dụng, góp phần quan trọng vào tổng thể kiến trúc của thành phố.
Sử dụng, khai thác triệt để nét hiện đại với cửa kính lớn, tường ngoài được hoàn thiện bằng sơn nước
Mặt đứng công trình với chiều cao 35m, chiều dài 46,6m rộng 15,8m là một công trình độc lập với kiến trúc nhƣ sau:
Hình 1.4 M ặt đứng công trình
- Mặt cắt công trình thể hiện không gian bên trong của chung cƣ
Tầng 1 có chiều cao 4m, lý tưởng cho việc sử dụng làm siêu thị với không gian rộng rãi và tính thẩm mỹ cao, được trang trí bằng các tấm nhựa Đài Loan tạo sự hiện đại Các tầng từ 2 trở lên có chiều cao 3,3m, không lắp trần giả, phục vụ cho nhu cầu sinh sống của các hộ dân có thu nhập trung bình, vì vậy không quá chú trọng vào yếu tố thẩm mỹ.
Hình 1.5 M ặt đứng cắt công trình
Hệ thống giao thông
- Giao thông ngang trong mỗi đơn nguyên là hệ thống hành lang
Hệ thống giao thông trong tòa nhà bao gồm thang bộ và thang máy Thang bộ có hai thang: một thang chính và một thang thoát hiểm Về thang máy, có hai thang máy chính và một thang máy chở hàng, phục vụ y tế với kích thước lớn hơn Thang máy được bố trí ở giữa nhà, trong khi các căn hộ xung quanh được phân cách bởi hành lang, giúp khoảng cách di chuyển ngắn nhất, mang lại sự tiện lợi, hợp lý và đảm bảo thông thoáng.
GIẢI PHÁP KÊT CẤU VÀ TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN
Xây dựng giải pháp kết cấu
2.1.1 Các kết cấu chịu lực cơ bản của nhà nhiều tầng
Các hệ kết cấu bê tông cốt thép toàn khối được sử dụng phổ biến trong nhà cao tầng bao gồm hệ kết cấu khung, khung - vách hỗn hợp, hình ống và hỗn hợp Việc lựa chọn hệ kết cấu phù hợp phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của công trình, công năng sử dụng, chiều cao của nhà và độ lớn của tải trọng ngang như động đất và gió.
Với đặc điểm công trình là khối nhà nhiều tầng cao 35m, tải trọng tác động phức tạp, việc thiết kế hệ kết cấu hợp lý và hiệu quả là rất cần thiết Hiện nay, các công trình nhà cao tầng tại Việt Nam thường được thiết kế dựa trên ba giải pháp kết cấu chính, trong đó có kết cấu khung chịu lực.
Kết cấu khung là giải pháp lý tưởng cho các công trình công cộng nhờ khả năng tạo ra không gian lớn và linh hoạt Tại Việt Nam, kết cấu này phổ biến trong xây dựng dân dụng, với cột và dầm tạo thành hệ khung chịu tải trọng đứng và ngang phân bổ theo độ cứng Tuy nhiên, kết cấu khung gặp khó khăn khi chiều cao công trình lớn, đặc biệt là khi tải trọng ngang ảnh hưởng đến khả năng chịu lực Hệ khung chịu cắt với độ cứng nhỏ là điểm yếu, do đó chỉ nên áp dụng cho công trình cao dưới 40m để đảm bảo hiệu quả chịu lực và kinh tế Thực tế cho thấy, kết cấu khung BTCT thường được sử dụng cho các công trình cao đến 20 tầng tại khu vực có nguy cơ động đất cấp < 7, 15 tầng cho khu vực cấp 8 và 10 tầng cho khu vực cấp 9.
Kết cấu vách cứng có thể được tổ chức thành hệ thống theo một hoặc hai phương, hoặc liên kết thành các hệ không gian gọi là lõi cứng Loại kết cấu này nổi bật với khả năng chịu lực ngang tốt, độ cứng chống uốn và xoắn lớn, thường được áp dụng cho các công trình có chiều cao trên 20 tầng Tuy nhiên, hiệu quả của độ cứng theo phương ngang chỉ đạt được ở những độ cao nhất định, và khi chiều cao công trình tăng, kích thước của vách cứng cần phải lớn, điều này khó thực hiện Hơn nữa, hệ thống vách cứng có thể cản trở việc tạo ra không gian rộng Thực tế cho thấy, kết cấu vách cứng thường hiệu quả cho các công trình nhà ở và khách sạn với chiều cao không quá 40 tầng, đặc biệt đối với cấp phòng chống động đất dưới 7, và độ cao giới hạn sẽ giảm khi cấp phòng chống động đất của công trình cao hơn.
Hệ kết cấu khung giằng bao gồm sự kết hợp giữa hệ thống khung và vách cứng, thường được bố trí tại các khu vực như cầu thang bộ, cầu thang máy, và tường biên Hệ thống vách cứng chủ yếu chịu tải trọng ngang, trong khi khung được thiết kế để chịu tải trọng thẳng đứng Sự phân chia chức năng này giúp tối ưu hóa các cấu kiện, giảm kích thước cột và dầm, đồng thời đáp ứng yêu cầu kiến trúc Kết cấu sàn liên kết hai hệ thống này, đóng vai trò quan trọng trong sự ổn định của toàn bộ công trình.
Kết cấu khung - vách cứng là giải pháp tối ưu cho các công trình cao tầng, có khả năng đáp ứng yêu cầu kết cấu cao Loại hình này phù hợp cho những ngôi nhà có chiều cao lên đến 40 tầng Tuy nhiên, nếu công trình được xây dựng ở vùng có động đất cấp 8, chiều cao tối đa sẽ giảm xuống còn 30 tầng, và chỉ còn 20 tầng cho vùng động đất cấp 9.
2.1.2 Các hệ hỗn hợp và sơ đồ làm việc của nhà nhiều tầng a Hệ kết cấu khung – lõi : Đây là kết cấu phát triển thêm từ kết cấu khung dưới dạng tổ hợp giữa kết cấu khung và lõi cứng Lõi cứng làm bằng bêtông cốt thép Chúng có thể dạng lõi kín hoặc vách hở thường bố trí tại khu vực thang máy và thang bộ Hệ thống khung bố trí ở các khu vực còn lại Hai hệ thống khung và lõi đƣợc liên kết với nhau qua hệ thống sàn Trong trường hợp này hệ sàn liền khối có ý nghĩa rất lớn Thường trong hệ thống kết cấu này hệ thống lõi vách đóng vai trò chủ yếu chịu tải trọng ngang, hệ khung chủ yếu chịu tải trọng đứng Sự phân chia rõ chức năng này tạo điều kiện để tối ƣu hoá các cấu kiện, giảm bớt kích thước cột dầm, đáp ứng yêu cầu kiến trúc Trong thực tế hệ kết cấu khung-giằng tỏ ra là hệ kết cấu tối ƣu cho nhiều loại công trình cao tầng Loại kết cấu này sử dụng hiệu quả cho các ngôi nhà đến 40 tầng
Tải trọng ngang trong công trình nhà cao tầng được chịu bởi cả hệ khung và lõi, trong đó lõi thường có độ cứng lớn, đóng vai trò quan trọng trong việc chịu lực Nhiều công trình với hệ kết cấu này đã được xây dựng tại các khu đô thị mới như Láng – Hoà Lạc, Định Công, Linh Đàm, và Đền Lừ, chứng tỏ khả năng thiết kế và thi công là hoàn toàn đảm bảo Hệ kết cấu khung, vách và lõi kết hợp mang lại hiệu quả cao trong việc chịu tải.
Hệ kết cấu này là sự phát triển của hệ kết cấu khung - lõi, khi lúc này tường của công trình ở dạng vách cứng
Hệ kết cấu này kết hợp ưu điểm và nhược điểm của phương ngang và thẳng đứng, đặc biệt là khả năng chống uốn và xoắn dưới tải trọng gió, phù hợp cho công trình cao trên 40m Tuy nhiên, việc thi công hệ kết cấu này phức tạp, tiêu tốn nhiều vật liệu và có mặt bằng bố trí không linh hoạt.
2.1.3 Đánh giá lựa chọn giải pháp kết cấu cho công trình
Dựa trên thiết kế kiến trúc và các đặc điểm cụ thể của công trình (chiều cao 35 m; mặt bằng: 46,4m x 13,8m), kết cấu chịu lực được chọn là kết cấu khung - vách cứng chịu lực với sơ đồ tính khung giằng Sơ đồ này cho phép khung chịu tải trọng đứng và một phần tải trọng ngang, trong đó các nút khung là nút cứng Đây là giải pháp tối ưu, phù hợp với đặc điểm công trình, công nghệ và điều kiện thi công, kết hợp ưu điểm và hạn chế của cả hai loại kết cấu khung chịu lực và vách lõi chịu lực Kết cấu này cho phép bố trí hợp lý hệ chịu lực cho từng loại tải trọng tác dụng lên công trình Các vách cứng được đặt tại vị trí thang bộ, chịu phần lớn tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng, trong khi khung chịu tải trọng đứng và một phần tải trọng ngang Do kích thước công trình không đều theo hai phương (phát triển chiều ngang nhiều hơn chiều cao), sơ đồ tính toán được chọn là khung phẳng.
Lập mặt bằng kết cấu cho công trình
2.2.1 Lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện sàn h D.l;
D: hệ số phụ thuộc vào đặc tính của tải trọng theo phương đứng tác dụng lên sàn, D = 0,8 1,4; thường lấy bằng 1 l: nhịp tính toán theo phương chịu lực của bản sàn; lấy bằng cạnh ngắn ô sàn m: hệ số phụ thuộc vào đặc tính làm việc của sàn, m = 35 45 cho sàn làm việc hai phương ; (Sàn một phương 1
và m = 30 35 cho sàn làm việc một phương
Chọn cho bản sàn điển hình (ô sàn 3A-4A-4B-3B) có kích thước là: 6,86,6
1, 03 l 6, 6 Vậy ô làm việc theo 2 phương => tính bản theo sơ đồ bản kê 4 cạnh
Bản kê 4 cạnh m = (40 45) chọn m = 45 do đây là bản liên tục
Vậy chọn bản có chiều dày h b = 15 cm
Chọn h b = 15 cm cho toàn bộ sàn
2.2.2 Lựa chọn sơ bộ kích thước dầm:
Chiều cao tiết diện dầm h chọn theo nhịp : d d h 1 l
Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về các thông số quan trọng liên quan đến dầm Đầu tiên, l d là nhịp của dầm đang xét, trong khi hệ số m d phụ thuộc vào loại dầm, với giá trị cho dầm chính là m d = 812 Tiếp theo, cần chọn b, h tương ứng với bề rộng và chiều cao tiết diện dầm, cùng với b c, h c tương ứng với bề rộng và chiều cao tiết diện cột đỡ dầm.
Chọn theo nhịp dầm lớn nhất có nhịp 7,2 m:
Dầm chính có nhịp L= 7,2; 6,8 ; 6,6 chọn 250x650; riêng dầm L = 4m ( trục 4 – 5) thì chọn 250x400
Dầm chính có tiết diện 250x600; riêng tại vị trí trục 4-5 dầm có tiết diện 250x400
(Kích thước cụ thể của các dầm được ghi trên mặt bằng kết cấu.)
Chọn dầm có kích thước 250cm x 250cm
2.2.3 Lựa chọn sơ bộ tiết diện cột
Xét tỉ số chiều dài theo hai phương của công trình: 2
=>Kết cấu của nhà làm việc theo phương ngang là chủ yếu Do đó lựa chọn cột có tiết diện chữ nhật
Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột theo công thức sau:
N - lực nén lớn nhất có thể xuất hiện trong cột (daN)
R b - Cường độ chịu nén tính toán của bêtông;
B25 có R b = 14,5MPa ,5x10 5 daN/m 2 k = 1,21,5 là hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen
Ta có thể tính sơ bộ N:
Diện tích chịu tải của cột (F) được tính theo công thức q = 1000 daN/m² đến 1400 daN/m², đây là giá trị kinh nghiệm khi thiết kế nhà nhiều tầng Trong trường hợp này, chọn q = 1000 daN/m² và số tầng n = 9, sau khi tính toán, chúng ta có bảng kết quả cụ thể.
Bảng2.1: Sơ bộ tiết diện cột cột F(m 2 ) q( daN/m 2 ) N(daN) K A(m 2 )
+ Chọn cột trục A Để thuận tiện cho quá trình thi công ta chọn các cột theo trục A có kích thước như sau :
Cột biên (cột A2 và A7) có kích thước 30cm x 35cm
Cột A3 ; A6 có kích thước 30cm x 60cm
Cột A4 ; A5 có kích thước 30cm x 50cm
Cột biên (B1 và B8) có kích thước 30cm x 35cm
Cột B2, B4, B5, B7 có kích thước 40cm x 75cm
Cột B3 và B6 có kích thước 50cm x 75cm
Cột biên C1 và C8 có kích thước 30cm x 35cm
Các cột C2 – C7 có kích thước 30cm x60cm
( kích thước cột thể hiện chi tiết trong bản vẽ kết cấu )
2.2.4 Lựa chọn sơ bộ kích thước vách thang máy
Chiều dày của lõi cứng được xác định dựa trên chiều cao và số tầng của tòa nhà Theo TCXD 198 - 1997, độ dày của vách (t) cần phải đáp ứng các tiêu chí nhất định.
Chiều dầy của lõi đổ tại chỗ đƣợc xác định theo các điều kiện sau:
Không đƣợc nhỏ hơn 150mm
Vách liên hợp có chiều dày không nhỏ hơn 140mm và bằng 1/25 chiều cao tầng
Với công trình này ta có:
Chọn vách thang máy dày 250 mm (Chi tiết trong bản vẽ kết cấu )
Hình 2.1 Mặt bằng kết cấu
Tính toán tải trọng
Tĩnh tải tác dụng lên công trình gồm tải trọng sàn, tải trọng dầm, tải trọng cột đƣợc bóc tách tính toán chi tiết nhƣ sau:
Cấu tạo các lớp qtc
2.Vữa lót và lát Lm, 1800daN/m 3 72 1,3 93,6
3.Bản BTCT = 15 cm, 2500 daN/m 3 375 1,1 412,5 4.Vữa trát =1,5cm, 1800daN/m 3 27 1,3 35,1
3.Bản BTCT cm, 2500daN/m 3 375 1,1 412,5 4.Tấm trần chịu nước =0,6cm, 1200daN /m 3 7,2 1,1 7,9
1 Xà gồ thép hình C 31,8 daN/m 2 31,8 1 31,8
2 Lớp BT chống thấm lm, 1200daN/m 3 72 1,1 79,2
4 Lớp vữa trát trần =1,5cm, 1800daN/m 3 27 1,3 35,1
Bảng 2.3: Tải trọng cột và dầm
Tên cấu kiện Các lớp
TT tính toán (daN/m) Cột
Tên cấu kiện Các lớp tường tính toán
* Với tường ở vị trí có cửa ta nhân với một hệ số bằng 0,7
- tường 110 có tải trọng tính toán = 0,7x295,8 = 207,06 (daN/m 2 )
- tường 220 có tải trọng tính toán = 0,7x513,6 = 359,52 (daN/m 2 )
Ta có bảng kết quả tính toán tải trọng tường như sau:
Bảng2.5: Kết quả tải trọng tường
TT tường tính toán (daN/m 2 ) Tải trọng tường/m (daN/m)
Tường không có cửa Tường có cửa Tường không có cửa Tường có cửa
Tính toán tĩnh tải truyền lên dầm lên khung phẳng ( tầng 2-9)
+)Tĩnh tải phân bố trên dầm khung do tường trên dầm, trọng lượng bản thân dầm và tải sàn truyền vào;
+)Tĩnh tải tập trung tại nút:
- Do tải sàn truyền vào dầm sau đó truyền vào cột;
- Do trọng lƣợng bản thân dầm truyền vào;
- Do trọng lượng bản thân tường trên dầm truyền vào cột
- Tải trọng do sàn truyền vào dầm của khung đƣợc tính toán theo diện chịu tải, đƣợc căn cứ vào đường nứt của sàn khi làm việc
Theo phương cạnh ngắn l1: hình tam giác
Theo phương cạnh dài l2: hình thang hoặc tam giác Để đơn giản ta quy tải tam giác và hình thang về dạng phân bố đều
+ Tải dạng tam giác có lực phân bố lớn nhất tại giữa nhịp là q max , tải phân bố đều tương đương là: qtđ=5.q max /8 với q max = q s l n /2
+ Tải hình thang có lực phân bố đều ở giữa nhịp là q 1 , tải phân bố đều tương đương là: q tđ =(1-2 2 + 3 )q max với =l 1 /(2.l 2 ); q max = q s l n /2
Hình 2.1: Sơ đồ truyền tải lên khung phẳng
*Tính toán tải trọng tường phân bố đều trên ô sàn: pb t / t san g g l s (2.1)
Trong đó: g t : là tải trọng tường trên từng ô ( g t = 683,4 daN/m) l t : là chiều dài tường trong ô sàn tương ứng (m)
S s : là tổng diện tích ô sàn tương ứng (m 2 )
- Các ô sàn được tính toán được sắp xếp như hình vẽ dưới
Hình 2.2: Sơ đồ ô sàn Bảng 2.6: tính tải tường phân bố trên từng ô ô sàn tải trọng tường
(daN/m) dài tường (m) diện tích sàn (m 2 ) tải trọng phân bố (daN/m 2 )
Hoạt tải là loại tải trọng tạm thời, có tính động và thường không được phân bổ đều trên toàn bộ công trình Vì vậy, cần phải xác định cách chất tải cho hoạt tải nhằm tạo ra tổ hợp tải trong điều kiện bất lợi nhất.
Ta sẽ chất tải lệch nhịp Do đó sẽ có 2 phương pháp chất tải cho ta 2 trường hợp hoạt tải:
- Hoạt tải tác dụng lên sàn Tra theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 95
Với: n= 1,2 khi P tc > 200 (daN/m 2 ) n= 1,3 khi P tc < 200 (daN/m 2 )
STT Loại phòng P tt (daN/m 2 )
Trong quá trình sử dụng phần mềm ETABS, ta cần gán các giá trị tĩnh tải để xác định nội lực nguy hiểm do tải trọng hoạt tải Đối với công trình nhà cao tầng có tiết diện vuông hoặc gần vuông, nội lực nguy hiểm chủ yếu tập trung vào nội lực dọc Vì vậy, phương án xác định tải trọng nguy hiểm nhất là áp dụng tải cho toàn bộ các tầng và các nhịp, đồng thời phân bổ tải trọng cho các sàn tương tự như trường hợp tĩnh tải.
Công trình có độ cao h < 40m nên theo qui phạm tải trọng gió chỉ tính đến thành phần tĩnh của tải trọng gió, không tính đến thành phần động
Tải trọng gió đƣợc xác định theo công thức :
Áp lực gió (Wo) tại Ninh Bình, thuộc vùng II B, được xác định là 95 daN/m² Hệ số k phản ánh sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, trong khi hệ số tin cậy n được quy định là 1,2 Ngoài ra, hệ số khí động c phụ thuộc vào hình dáng công trình, với giá trị c cho gió đẩy là 0,8 và c' cho gió hút là 0,6.
B : bề rộng đón gió của khung đang xét ( B lấy bằng chiều cao tầng: tâng 1=4m; tầng điển hình 3.3m )
Ta có bảng tính toán tải trọng gió nhƣ sau:
Bảng 2.8: tải trọng gió lên công trình
Hệ số c Tải trọng gió
Nội lực đƣợc tổ hợp với các loại tổ hợp sau: Tổ hợp cơ bản I, Tổ hợp cơ bản II
- Tổ hợp cơ bản I: gồm nội lực do tĩnh tải với nội lực do một hoạt tải bất lợi nhất
Tổ hợp cơ bản II bao gồm nội lực do tĩnh tải và ít nhất hai trường hợp nội lực do hoạt tải cùng với tải trọng gió Hệ số tổ hợp cho tải trọng ngắn hạn được quy định là 0,9.
Sau khi tính toán và xác định nội lực trong các tiết diện do các loại tải trọng khác nhau, bước tiếp theo là tổ hợp các nội lực để tìm ra nội lực nguy hiểm nhất trong từng tiết diện của mỗi cột Theo TCVN 2737-95, có hai loại tổ hợp: tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt Đối với tổ hợp cơ bản I, việc xác định này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho công trình.
Để xác định cặp thứ nhất, cần tính toán nội lực từ tĩnh tải và nội lực do hoạt tải, trong đó chọn mômen dương lớn nhất từ các mômen do hoạt tải.
Để xác định cặp thứ hai, cần tính toán nội lực từ tĩnh tải kết hợp với nội lực do một hoạt tải có giá trị mômen âm lớn nhất theo giá trị tuyệt đối.
Để xác định cặp thứ ba, cần tính toán nội lực từ tĩnh tải kết hợp với nội lực do một hoạt tải có giá trị lực dọc lớn nhất Đối với tổ hợp cơ bản II, quá trình này sẽ giúp đảm bảo tính chính xác trong phân tích nội lực.
- Để xác định cặp thứ nhất, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với mọi nội lực do một hoạt tải có giá trị mômen là dương
- Để xác định cặp thứ hai, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với mọi nội lực do một hoạt tải có giá trị mômen là âm
Để xác định cặp thứ nhất, cần tính toán nội lực từ tĩnh tải và các nội lực do hoạt tải gây ra lực dọc Bên cạnh đó, cũng phải bao gồm nội lực của hoạt tải không gây ra lực dọc nhưng tạo ra mômen cùng chiều với mômen tổng cộng tương ứng với Nmax.
Khi thực hiện tính toán tổ hợp cơ bản II, cần lưu ý rằng nội lực do tĩnh tải không bị nhân hệ số, trong khi tất cả nội lực do hoạt tải gây ra đều được nhân với hệ số 0,9.
Việc tổ hợp nội lực sẽ được thực hiện tại các tiết diện nguy hiểm nhất, bao gồm tiết diện chân cột và đỉnh cột đối với phần tử cột, cùng với tiết diện hai bên mép và chính giữa dầm đối với phần tử dầm Ngoài ra, có thể xem xét các tiết diện khác nếu có nội lực lớn, như tiết diện có tải trọng tập trung Tại mỗi tiết diện, cần lựa chọn tổ hợp có cặp nội lực nguy hiểm nhất.
* Đối với cột : +Mmax và Ntu
* Đối với dầm : Mmax, Mmin và Qmax
Kết quả tổ hợp nội lực cho các phần tử cột của khung 2 thể hiện trong bảng.
THIẾT KẾ KẾT CẤU THÂN
Tính toán cột bê tông cốt thép
Cột trong công trình là cột tiết diện chữ chịu nén lệch tâm xiên Nội lực tác dụng theo các phương như sau:
- Mô men uốn nằm trong mặt phẳng khung: M y
- Mô men uốn nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng khung: M x
Hình 3.1: momen uốn trong mặt phẳng
Tính toán thép cho cột chịu nén lệch tâm xiên được thực hiện theo tài liệu của Gs Nguyễn Đình Cống, dựa trên phương pháp gần đúng chuyển đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng Phương pháp này tuân theo các tiêu chuẩn quốc tế như BS8110 và ACI 318, từ đó xây dựng các công thức và điều kiện tính toán phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam (TCXDVN 356–2005).
Tiết diện cột có các cạnh là C x , C y Điều kiện áp dụng phương pháp gần đúng:
C £ 2 Cốt thép đƣợc đặt đều theo chu vi, phân bố đều hoặc dày hơn trên cạnh b
-Tiết diện chịu lực nén N, các mô men uốn M x , M y , độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, e ay Giá trị mô men sau khi xét đến uốn dọc là:
Tùy theo tương quan giữa giá trị M x1 , M y1 với kích thước các cạnh mà đưa về tính toán theo một trong 2 phương x hoặc y
Giả thiết chiều dày lớp đệm là a, với h o = h - a và Z = h - 2a Các thông số cần thiết bao gồm cường độ chịu nén tính toán của bê tông R b, cường độ chịu kéo và nén của thép R s, R sc, cùng với hệ số ξ R.
Tính mô men tương đương: M = M 1 + m o M 2 h b Độ lệch tâm: e1 = M/N, với kết cấu siêu tĩnh: e o = max(e 1 , e a )
Tính toán độ mảnh theo 2 phương: λ x , λ y , λ = max(λ x , λ y )
Dựa vào độ lệch tâm e o và giá trị x 1 để phân biệt các trường hợp tính toán
-ε = 0 o e h Ê 0,3 ị Nộn lệch tõm rất bộ, tớnh toỏn gần nhƣ nộn đỳng tõm
Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm: e 1
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi nén đúng tâm: e (1 )
Khi λ £ 14 lấy j =1; khi 14 < λ < 104 tính theo công thức:
-Diện tích cốt thép dọc:
Khi : ε = 0 o e h ³ 0,3 và x 1 > ξ R h o Tính toán theo trường hợp nén lệch tâm bé
Xác định chiều cao vùng nén: x = R R 2 o o
+ e , trong đó: e o e = h -Diện tích toàn bộ cốt thép dọc:
Khi: ε = 0 o e h ³ 0,3 và x 1 £ ξ R h o Tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn
Diện tích cốt thép dọc:
So sánh t với min = 0,1 và max = 5%
+ Nếu t < min: Bố trí thép cấu tạo: s bh 0
A = 2 + Nếu t > max: Nên tăng kích thước cột
Trong cấu kiện chịu nén cần đặt khung cốt thép gồm các cốt thép dọc và cốt thép ngang
Cốt thép dọc chịu lực thường dùng các thanh đường kính 1240 Khi - cạnh lớn hơn 200mm nên chọn 16
Trong cấu kiện nén đúng tâm, cốt thép dọc được bố trí đều theo chu vi Đối với cấu kiện nén lệch tâm có tiết diện chữ nhật, cốt thép dọc chịu lực tập trung được đặt theo cạnh b và chia thành hai phía: A s và A’ s, trong đó A’ s nằm gần điểm đặt lực N hơn và chịu nén nhiều hơn, còn A s ở phía đối diện chịu kéo hoặc nén ít hơn Khi A s = A’ s, cấu kiện có tính đối xứng, ngược lại, khi A s ≠ A’ s, cốt thép sẽ không đối xứng Việc bố trí cốt thép đối xứng giúp đơn giản hóa quá trình thi công và hợp lý hơn về mặt chịu lực khi cấu kiện chịu mômen đổi dấu có giá trị gần bằng nhau.
Khi tính toán cốt thép không đối xứng với cặp nội lực M và N đã biết, thường cho kết quả lượng thép ít hơn so với cốt thép đối xứng Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, sự chênh lệch này không đáng kể.
Cốt thép không đối xứng chỉ nên được áp dụng trong những trường hợp đặc biệt, khi cấu kiện chịu mômen không đổi dấu hoặc mômen theo một chiều lớn hơn chiều còn lại Việc tính toán cần chứng minh rằng việc sử dụng cốt thép không đối xứng sẽ mang lại hiệu quả tiết kiệm đáng kể.
Hình 3.2: Cốt thép dọc chịu lực trong cấu kiện
-Là tỷ số phần trăm cốt thép Giá trị và ' không bé hơn min Theo TCXDVN
356-2005 giá trị min lấy theo độ mảnh l 0 r theo bảng
Bảng 3.1: Giá trị tỉ số cốt thép tối thiểu
- Khi chƣa sử dụng quá 50% khả năng chịu lực của cấu kiện thì min 0,05% không phụ thuộc độ mảnh
Trong một số trường hợp đặc biệt, cốt thép dọc có thể được đặt đều theo chu vi trong tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm Việc này giúp cấu kiện có khả năng chịu uốn cao theo cả hai phương và tránh việc tập trung quá nhiều thép ở một cạnh, từ đó giảm bớt khó khăn trong thi công.
- Gọi A st là diện tích tiết diện toàn bộ cốt thép dọc chịu lực Đặt t s b
Diện tích tính toán của tiết diện bê tông được ký hiệu là A b Trong các cấu kiện nén lệch tâm, cốt thép được đặt theo cạnh b, dẫn đến A s t = 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 trong cấu kiện nén trung tâm, A b tương ứng bằng diện tích tiết diện.
-Nên hạn chế tỉ số cốt thép t :
Giá trị của hệ số ma x được xác định tùy thuộc vào mục đích sử dụng vật liệu Để hạn chế việc sử dụng thép, người ta thường quy định max là 3% Trong khi đó, để đảm bảo sự tương tác hiệu quả giữa thép và bê tông, giá trị max thường được lấy là 6%.
Khi sử dụng cấu kiện nén lệch tâm với chiều cao h ≥ 500mm, cần đặt cốt thép A s và A’ s tập trung theo cạnh b, đồng thời lắp đặt cốt thép dọc cấu tạo ở giữa cạnh h Việc này nhằm chịu đựng các ứng suất do bê tông co ngót và biến đổi nhiệt độ, cũng như để giữ ổn định cho các nhánh cốt 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 ngắn h.
Trong hình 4.2, chiều cao S không vượt quá 500mm, với các thanh số 1 đại diện cho cốt thép cấu tạo Khi cốt thép dọc chịu lực đã được lắp đặt theo chu vi, việc sử dụng cốt thép cấu tạo sẽ không còn cần thiết.
Hình 3.3: Cốt dọc cấu tạo và cốt thép đai
Cốt đai trong khung bê tông cốt thép ngang có vai trò quan trọng trong việc giữ vị trí và ổn định cho cốt thép dọc trong quá trình thi công Đặc biệt, khi cấu kiện phải chịu lực lớn, cốt đai còn tham gia vào việc chịu cắt Đường kính tối đa của cốt đai là d1.
Khoảng cách cốt đai a d k mim và a 0
Khi R sc ≤ 400MPa lấy k = 15 và a 0 = 500mm;
Khi R sc > 400MPa lấy k = 12 và a 0 = 400mm
Nếu tỉ lệ cốt thép dọc ' 1,5% cũng nhƣ khi toàn bộ tiết diện chịu nén mà t 3% thì k = 10 và a 0 = 300mm
- Trong đoạn nối thép dọc, khoảng cách a d 10
Cốt thép đai cần bao quanh toàn bộ cốt thép dọc để giữ cho chúng không bị phình ra theo bất kỳ hướng nào Để đạt được điều này, các cốt thép dọc (tối thiểu là một thanh) phải được đặt vào vị trí uốn của cốt thép đai, với khoảng cách giữa các chỗ uốn không vượt quá 400mm theo cạnh tiết diện Nếu chiều rộng tiết diện không lớn hơn 400mm và không có quá 4 thanh cốt dọc trên mỗi cạnh, thì có thể sử dụng một cốt thép đai duy nhất bao quanh toàn bộ cốt thép dọc.
- Ta có bảng tổ hợp nội lực cho cột khung 3 (ghi trong phụ lục 3.1)
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào việc tính toán cốt thép cho cột khung, cụ thể là phần tử cột B3 tại Tầng 3, và so sánh với kết quả từ phần mềm ETABS Để đơn giản hóa quá trình tính toán, chúng tôi lựa chọn phương pháp đặt cốt thép đối xứng cho cột (As = A s ’) Cột được đổ bê tông theo phương đứng, với yêu cầu mỗi lớp đổ không vượt quá 1,5m Để đảm bảo an toàn, hệ số điều kiện làm việc của bê tông được thiết lập là 1.
*) Số liệu tính toán: Chọn vật liệu theo TCVN 356-2005 và sách kết cấu BTCT
Tính toán cốt thép cho cột ta sử dụng các cặp nội lực trong bảng tổ hợp gồm: Mmax, Mmin và N tương ứng
Cốt thép trong cột đuợc tính toán với mômen lớn hơn trong 2 mômen ( Mmax hoặc Mmin ) và lực dọc N Cốt thép trong cột được tính theo các bước sau :
- Chiều dài tính toán của cột: l 0 = 0,7.l
+ Nếu l 0 h 0.h 0 : Ta phải tính e 0gh e 0 >e 0gh x = 0.h 0 e 0 < e 0gh tính lại chiều cao vùng nén theo e 0 e 0 0,2h 0 thì x = h - (
So sánh t với min = 0,5 và max = 3%
+ Nếu t < min : Bố trí thép cấu tạo : As = As’ = min bxh 0
2 + Nếu t > max : Nên tăng kích thước cột
- Cốt đai trong cốt được chọn đường kính và bố trí theo yêu cầu cấu tạo như sau:
+ Đường kính cốt đai: đai > 1/4max của cốt dọc và đai 6mm
Khoảng cách giữa các cốt đai cần tuân thủ các quy định cụ thể: đối với cốt dọc chịu nén với hàm lượng thép không vượt quá 3%, khoảng cách tối đa là u ≤ 15φ min và u ≤ 400 mm Trong đoạn nối buộc cốt thép dọc, hoặc khi hàm lượng thép vượt quá 3%, khoảng cách tối thiểu là u ≤ 10φ min.
- Cốt đai đƣợc bố trí trên mặt bằng sao cho cứ cách một cốt dọc phải có 1 cốt dọc nằm ở góc cốt đai
3.1.2 Tính toán cốt thép cột C3(300mm x 600mm)tầng 3 a.Tính toán cốt thép chịu lực:
*Chọn vật liệu cho công trình:
Tuân theo tiêu chuẩn TCVN 356 - 2005
+ Bê tông cấp độ bền B25 có R b = 14,5 MPa
+ Cốt thép tất cả các đường kính có: Ea = 21x10 -4 MPa
- Nhóm AI: R s = 225 MPa, Rsw= 175 MPa
- Nhóm AII: R s = 280 MPa, R sw = 225 Mpa
Z a h 0 a' 56 – 4 = 52 (cm): Độ mảnh h l / h 0 231/60 = 3,85 < 8 bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc 1 Độ lệch tâm ngẫu nhiên
- nội lực cột lấy từ ETABS
Phần tử cột Cặp nội lực Giá trị nội lực
*Tính cốt thép đối xứng cho cặp 1 :
Cấu kiện thuộc kết cấu siêu tĩnh nên: e0= max{e1; ea}= e1 = 2 (cm) e = e0 + h
Như vậy: x1> Rh0: Xảy ra trường hợp nén lệch tâm bé
Xác định x theo phương pháp gần đúng :
Ta nhận thấy As nhỏ hơn 0 nên cần giảm tiết diện cột
*Tính cốt thép đối xứng cho cặp 2:
Cấu kiện thuộc kết cấu siêu tĩnh: e0= max{e1; ea}= e1 = 0,043 (m) e = e0 + h
Như vậy: x> Rh0: Xảy ra trường hợp nén lệch tâm bé
Tính lại x theo công thức gần đúng (sách cột bê tông cốt thép – Nguyễn Đình Cống): với hệ số :
Ta nhận thấy As nhỏ hơn 0 nên cần giảm tiết diện cột
Giảm tiết diện cột từ 300mm x 600mm về 300mm x 500mm và tính lại tương tự trên ta đƣợc kết quả sau:
Cặp thứ nhất : As = A’s= 6,22 (cm2)
Cắp thứ hai: As = A’s= 4,6 (cm2)
Vậy chọn cốt thép của cặp thứ nhất để bố trí cho toàn bộ cột
tiết diện cột hợp lý
* Bố trí thép đai cột
- Số liệu: bê tông B25, nhóm thép AI dùng cho cốt đai
- Số liệu lấy từ phụ lục giáo trình bê tông cốt thép I có:
Lực cắt lớn nhất tại chân cột xuất từ ETABS đƣợc: Q =q.l= 57,3.2,74,7 Kn
Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính của cột:
vậy đủ khả năng chịu cắt
Tính cốt đai theo công thức sau: q swmin = 0,25 R bt b = 0,25 1,05 300 x,75 N/mm vậy tính cốt đai theo q swmin = 78,75 N/mm
Giả thiết nếu đặt cốt đai 8 , 2 nhánh theo công thức khoảng cách cốt đai là: sw sw sw nA R 2.50,3.175 s 223,5 q 78,75
Kiểm tra điều kiện s0,5h 0 =0,5.560 = 280 mm
s = 223,5 mm < 280 mm do vậy ta chọn s = 200 mm
Kiểm tra điều kiện s 0 2h 0 đối với cốt đai 8 cách nhau 200 mm q sw = 2.50,3.175
- Tính khả năng chịu cắt theo mặt cắt c
Kết luận: vậy không cần đặt cốt xiên
chọn thép đai 8 2 nhánh khoảng cách s = 200mm
* Tính cốt đai theo công thức kinh nghiệm ( trang 118 sách bê tông cốt thép I )
- đường kính cốt đai đ >1/4 max và 5mm đ > 30/4 và 5mm
- Khoảng các cốt đai “s”: s đ k min và a 0 s đ 15.25 = 375 mm
min ; max đường kính cốt thép dọc chịu lực bé nhất và lớn nhất
Với R sc < 400 MPa lấy k nếu hàm lƣợng cốt thép < 1,5% ( kết quả trên tính đƣợc = 0.45% )
- Trong đoạn nối cốt thép dọc:
Tính toán cốt thép cho dầm
Ta tiến hành xét nội lực cho hai tiết diện: Đầu dưới (mặt cắt I-I ) và đầu trên ( mặt cắt II-II ) cột
Trong mỗi tiết diện cần xét ba cặp nội lực nguy hiểm:M max và N tƣ ;M min và N tƣ
Trong thiết kế cột, lực cắt thường không đáng kể và có thể bỏ qua, ngoại trừ cột tầng 1, nơi cần tính thêm tổ hợp Q max và N tư để thu thập dữ liệu cho tính toán móng.
-Cốt thép trong dầm gồm có cốt dọc chịu lực, cốt dọc cấu tạo, cốt đai và cốt xiên
Hình 3.4 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
- Tóm tắt quy trình tính toán các bài toán cốt thép nhƣ sau
- Từ cấp đọ bền bê tông, tra bảng R b , R bt ( giáo trình BTCT)
- Từ nhóm thép của cốt thép dọc,tra bảng R s ,R sc ( giáo trình BTCT)
- Từ nhóm thép của cốt đai, tra bảng R s R sw ( giáo trình BTCT)
Dựa vào cấp độ bền của bê tông và nhóm thép của thép dọc, có thể tính toán hoặc tra cứu bảng trong giáo trình BTCT Cốt thép của dầm được tính toán như một cấu kiện chịu uốn.
+ a 0 khỏang cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép bê tông chịu kéo
+ h o Chiều cao có ích của tiết diện h o = h s – a 0
+ b bề rộng tính toán của tiết diện
Thép>10 chọn thép A-II có:
Từ B25 và thép A-II giả thiết điều kiện làm việc của bê tông b 2 1, 0, tra bảng và tính toán ta đƣợc R 0, 413; R 0, 638
Sau khi xác định giá trị moment M 3-3 từ phần mềm tại các vị trí gối và nhịp của dầm, bước tiếp theo là tính toán cốt thép Đầu tiên, cần tính toán cốt dọc chịu mômen âm.
*)Tính theo tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn
Kích thước tiết diện bxh
Ta tính cốt thép cho cốt đơn; ngƣợc lại ta tính cho cốt kép tra bảng ra ; Hoặc tính 1 1 2.
Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép 100%
b h + Nếu min 0,05% thì lấy A s 0,00005bh 0
+ Nếu min 0,05%: 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 m R , nghĩa là kích thước tiết diện chọn bé, có thể xử lý như sau:
+ Nếu m R 0,5thì giữ nguyên tiết diện và tính thép theo bài toán tính cốt kép
+ Nếu m 0,5thì nên thay đổi tiết diện dầm Trong trường hợp này sẽ làm thay đổi tải trọng và nội lực trong toàn khung
* ) Tính theo trường hợp tiết diện chữ nhật đặt cốt kép
Trong trường hợp tính cốt đơn như đã nói ở trên, nếu m R 0,5thì tính thép theo bài toán cốt kép Ta tính theo cách sau:
Coi nhƣ chƣa biết A’s tính cả A’ s và A s
b) Tính cốt dọc chịu mômen dương
Tinh cốt dọc chịu momen dương ta tính theo tiết diện chữ T Với bề dày cánh bằng bề dày sàn c) Tính toán và bố trí cốt đai
Trong khung BTCT toàn khối, cốt đai được sử dụng để chịu lực cắt, với lực cắt lớn nhất thường xuất hiện tại vị trí đầu dầm, nơi có mô men âm lớn Khi tính toán, lực cắt chỉ được xem xét theo tiết diện chữ nhật chịu lực cắt, trong khi lực dọc trong dầm thường nhỏ nên có thể bỏ qua ảnh hưởng của nó, tức là lấy n 0.
* Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính của bụng dầm: l b 0
- hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt đai đặt vuông góc với trục dầm, được xác định theo công thức:
(3-9) ở đây: A s - diện tích một lớp cốt đai b-Bề rộng dầm, sườn s-Khoảng cách giữa các lớp cốt đai
bl -Hệ số ảnh hưởng của bê tông, bl 1 R b ở đây: 0, 01 đối với bê tông nặng
R b - cường độ chịu nén tính toán của bê tông, đơn vị Mpa
Khi chưa bố trí cốt đai, có thể giả thiết tích số l bl 1 để thực hiện tính toán Sau khi xác định được cốt đai, cần tiến hành kiểm tra lại các tính toán đã thực hiện.
*) Kiểm tra sự cần thiết phải đặt cốt đai:
Trong đó: vế phải lấy không lớn hơn 2,5.R b h bt 0 và không nhỏ b3(1 n).R b.hbt 0
Hệ số b 4 1,5 với bê tông nặng
Khi chịu tải trọng tập trung + Tính giá trị q s i theo các hệ số: i i bi bi
Trong đó: Q i – Lực cát ở tiết diện cách gối tựa một đoạn c i b2 f n bt 2 o b i
nhƣng không nhỏ hơn : b min b3 bt 0
*) Tính toán q s Khi chịu tải phân bố đều:
Xác định Q max lớn nhất trên bản đồ;
Xác định giá trị của tải trọng thường xuyên phân bố liên tục q1;
Với g,p lần lượt là tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời phân bố đều
Trong đó Qb12 M q ;Mb 1 b b2 1 f n R bhbt 2 o
Trong cả hai trường hợp trên max b1 s o
h thì phải tính lại q s theo công thức:
*) Khoảng cách (s) giữa các lớp cốt đai
Khoảng cách ( theo tính toán) giữa các lớp cốt đai (s tt )
Ta chọn trước đường kính cốt đai s và số nhánh đai “n” trong một lớp
Diện tích của một lớp cốt đai A s n 2 s
Khoảng cách ( theo tính toán) giữa các lớp cốt đai (s tt ): tt s s s s R A q
Khoảng cách lớn nhất giữa các lớp cốt đai (s max ):
Khoảng cách cốt đai được xác định theo yêu cầu cấu tạo, cụ thể là ở vùng gần gối tựa, cần lấy bằng 1/4 nhịp dầm khi có tải trọng phân bố đều, hoặc bằng khoảng cách từ gối tựa đến lực tập trung gần nhất, nhưng không nhỏ hơn 1/4 nhịp Đối với chiều cao tiết diện h 450mm, khoảng cách cốt đai tối thiểu được tính là min(h / 2; 150).
Khi chiều cao tiết diện b b2 4ac h 450mm
Trên các phần còn lại của nhịp:
Khi chiều cao tiết diện: h 300mm sct min(3h / 4;500)
Gía trị khoảng cách cốt đai bố trí(s): Smin( ,s s tt m ax ,s ct )
Ta có bảng tổng tổng hợp momen dầm khung từ excel:
3.2.2.Áp dụng tính toán cốt thép cho dầm BC khung 3 – tầng 3 a.Tính toán cốt thép dọc dầm B3-C3 (250x600cm)
Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn ra nội lực nguy hiểm nhất cho dầm:
* Tính cốt thép cho gối C và D ( momen âm )
Tính theo tiết diện hình chữ nhật: bxh = 0,25 x0,60m
Giả thiết lớp bảo vệ : a = 0,04m: h o = h – a = 0,60– 0,04 = 0,56m
Momen 2 gối B và C đều âm.Tại gối B có momen lớn hơn gối C nên ta chọn momen ở gối B để tính toán cốt thép cho cả 2 gối.M B = 10, 3 (T.m)
-Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép:
-Kiểm tra lớp bảo vệ:
Chiều dày lớp bảo vệ thực tế là 2,5 cm do đó giá trị a thực tế là a = 2,5 3 4
= 4,0cm Lớp bảo vệ giả thiết là đúng.
Vậy chọn thép 3 14 2 12 ( A s chọn = 6,88 cm 2 )cho gối B và C
* Tính toán cốt thép đai dầm CD momen dương theo tiết diện chữ T
Tính theo tiết diện chữ T cánh trong vùng nén với h’ f = 15cm
Giá trị độ vươn S c lấy nhỏ nhất trong các giá trị sau:
Một nửa khoảng thông thủy giữa các sườn dọc là: 0.5x(7,2-0.25) = 3,47 m
+M max = 5,5 (T.m)< M f => Trục trung hòa đi qua cánh
+Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép : S 0 0
Vậy chọn cốt thép ở gối có A s = 6,9 cm 2 bố trí cho toàn dầm
+ Kiểm tra điều kiện bền trên tiết diện nghiêng theo ứng suất nén chính:
Do chƣa có bố trí cốt đai nên giả thiết l bl 1
Ta có: 0,3R b b.h 0 = 0,3 1450 0,25 0,56 = 60,9 (T) > Q = 10,2 (T) nên dầm đủ khả năng chịu ứng suất nén chính
+ Kiểm tra sự cần thiết đặt cốt đai:
Bỏ qua sự ảnh hưởng của lực dọc nên n 0
Q bmin b 3 (1 n ).R b h bt 0 0,6.105.0, 25.0,568,82 (T) (với 3 0, 6 là hệ số ảnh của bê tông nặng)
Q= 10,2 (T) > Q bmin Cần phải đặt cốt đai chịu cắt;
(Dầm có phần cánh nằm trong vùng chịu kéo nên f 0)
+ Xác định giá trị Qb1:
+ Giá trị q sw tính toán: q sw 0
nên lấy giá trị q sw = 1,05 (T/m) tính toán cốt đai
Sử dụng đai 8, số nhánh n = 2
Dầm có : h = 60 cm > 45 cm S ct = (
3 ;50 cm) = 20 cm Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai:
Vậy khoảng cách thiết kế giữa các cốt đai
Trên các phần còn lại của nhịp:
- Khi chiều cao tiết diện: h 300mm sct min(3h / 4;50) 3.60 / 4 45cm
S = min(S tt , S ct , S max ) = 40 cm
Bố trí 8 a200 cho dầm chịu momen âm và 8 a400 cho đoạn dầm chịu momen dương
Kiểm tra lại điều kiện cường độ trên tiết diện nghiêng theo ứng suất nén chính khi đã bố trí cốt đai:
Dầm bố trí 8 a100: w na sw 2.0,0001
Ta có: Q = 44,48 < 0.3 l bl R b b.h 0 = 0,3 1,14 0,745 1700 0,25 0,71 = 76,9 (T) Vậy dầm đủ khả năng chịu ứng suất nén chính b.Tính toán cốt thép cho dầm còn lại
Tương tự như cách tính đã nêu, chúng ta có thể xác định lượng thép cần thiết cho các dầm còn lại, với giá trị cụ thể được trình bày trong phụ lục Tuy nhiên, việc bố trí thép thực tế có thể không hoàn toàn chính xác theo kết quả tính toán, vì còn phải xem xét các yếu tố kinh tế và điều kiện thi công.
Thiết kế kết cấu sàn
+ Cơ sở lý thuyết cấu tạo sàn bê tông cốt thép
Bản là kết cấu phẳng có chiều dày nhỏ so với chiều dài và chiều rộng, thường có kích thước từ 2 đến 6m và chiều dày từ 6 đến 20cm trong các công trình xây dựng Bêtông sử dụng cho bản thường có cấp độ bền chịu nén từ B12,5 đến B25 Đối với các cấu kiện chịu uốn bằng bêtông cốt thép, việc sử dụng bêtông có cấp độ bền cao hơn có thể giúp hạn chế độ võng và bề rộng khe nứt, tuy nhiên, điều này có thể làm giảm hiệu quả kinh tế.
Cốt thép trong bản bao gồm cốt thép chịu lực và cốt phân bố bằng thép CI hoặc CII, thỉnh thoảng sử dụng thép CIII Cốt chịu lực được đặt trong vùng chịu kéo do mômen gây ra, với đường kính thường từ 6 đến 12mm Số lượng cốt chịu lực được xác định qua tính toán và được thể hiện qua đường kính cùng khoảng cách giữa các cốt cạnh nhau, trong đó khoảng cách giữa trục hai cốt thép chịu lực trong vùng có mômen lớn không được vượt quá quy định.
20cm khi chiều dày bản h < 15cm
Để đảm bảo việc đổ bê tông diễn ra thuận lợi, khoảng cách giữa các cốt thép không được nhỏ hơn 7cm Cốt phân bố được đặt vuông góc với cốt chịu lực, có nhiệm vụ giữ vị trí của cốt chịu lực trong quá trình đổ bê tông, phân phối lực tập trung cho các cốt chịu lực lân cận và chịu các ứng suất co ngót cũng như nhiệt độ Đường kính của cốt phân bố thường dao động từ 4 đến 8mm và số lượng của chúng phải đạt ít nhất 10% so với số lượng cốt chịu lực tại tiết diện có mômen uốn lớn nhất Khoảng cách giữa các cốt phân bố thường nằm trong khoảng 25 đến 30cm, không vượt quá 35cm Các cốt chịu lực và cốt phân bố được buộc hoặc hàn với nhau thành một lưới chắc chắn.
Hình 3.4: Sơ đồ bố trí cốt thép trong bản a) Mặt bằng; b) Mặt cắt;
1 - Cốt chịu lực; 2 - Cốt phân bố
Liên kết theo các cạnh được gọi là ngàm Nội lực của bản được tính toán dựa trên sơ đồ khớp dẻo, trong khi sàn phòng vệ sinh được tính theo sơ đồ đàn hồi.
*Nội lực của bản một phương
+ tính toán theo sơ đồ dẻo:
Với dải bản liên tục có các nhịp l t cạnh chên nhau không quá 10% có thể dùng các công thức lập sẵn
Với các giối giữa và nhịp giữa :
M 16 Để tính M dương giữa nhịp nào lấy l t của nhịp ấy còn để tính M âm ở gối, lấy l t theo nhịp lớn hơn kể với gối ấy
Gối biên không hoàn toàn kê tự do, dẫn đến sự xuất hiện của mô men âm Trong hầu hết các trường hợp, gối này được xem như gối kê tự do với điều kiện M A = 0 Để bản có thể chịu được mô men âm, cần thiết phải áp dụng biện pháp đặt cốt thép cấu tạo Đối với bản đúc liền dầm biên có độ cứng chống xoắn lớn, có thể xem gối tựa như ngàm đàn hồi và lấy mô men âm ở gối biên là M A.
Hệ số A được xác định là 24 32, phụ thuộc vào việc đánh giá độ cứng chống xoắn 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 áp dụng sơ đồ dẻo, hệ số này có thể được lấy là 16.
Gối thứ 2 và nhịp biên Khi xem gối A là kê tự do (M A =0 thì tính M B và M l theo công thức với l t của nhịp biên:
11 Khi xem A là ngàm đàn hồi, tính M B vàM l theo công thức:
Khi sử dụng dải bản dầm nhiều nhịp, nếu chênh lệch giữa nhịp lớn nhất và nhịp bé nhất không vượt quá 10% của nhịp lớn, có thể đơn giản hóa việc tính toán bằng cách lấy l t theo nhịp lớn nhất để tính cho tất cả các mô men đã đề cập.
Khi các bản cạnh có sự chênh lệch lớn, cần thực hiện điều chỉnh trong quá trình tính toán, theo hướng dẫn trong phụ lục 10 của sách "Sàn sườn bê tông toàn khối" của Nguyễn Đình Cống.
+ tính toán theo sơ đồ đàn hồi
Tính dải bản trong một phương theo sơ đồ đàn hồi có thể áp dụng các phương pháp cơ học kết cấu để tính toán dầm liên tục Đối với trường hợp các nhịp l bằng nhau, có thể sử dụng công thức cụ thể (với các hệ số αa, αb được tra cứu ở phụ lục 5 trong sách "Sàn sườn bê tông toàn khối" của tác giả Nguyễn Đình Cống).
*Nội lực của bản hai phương
+ Tính toán theo sơ đồ đàn hồi
Công thức tính toán của các mômen là:
Các hệ số 1 , 2 , 1 , 2 tra phụ lục 6 sách sàn sườn bê tông toàn khối Ưng với cạnh kê tự do 0
+ Tính toán theo sơ đồ dẻo
Lấy M 1 là mômen chuẩn của ô bản: Đặt các hệ số : 2
Có thể lựa chọn các hệ số , A i và B i dựa trên quan điểm và kinh nghiệm của người thiết kế Các giá trị này được tham khảo từ bảng 2.2 trong sách "Sàn sườn bê tông toàn khối" trang 23.
Mômen M 1 đƣợc tính theo công thức:
Biểu thức để xác định D phụ thuộc vào việc đặt cốt thép trong bản
Khi cốt thép chịu momen dương được đặt đều theo mỗi phương trong toàn ô bản xác định D theo công thức:
Khi cốt thép mômen dương được đặt không đồng đều ở vùng giữa bản, trong phạm vi giải biên rộng l, cần đặt cốt thép thưa gấp đôi so với giữa bản Để xác định D, hãy sử dụng công thức phù hợp.
Chỉ nên sử dụng cốt thép không đều trong các ô bản lớn, với l K = (0,2 ÷ 0,25) l t1 Trong công thức tính toán D, các hệ số A, B cho cạnh kê tự do được lấy bằng không Từ đó, tính toán M 2 và M Ai, M Bi theo công thức đã định.
3.3.2 Tính toán và bố trí cốt thép cho ô sàn 2B-2C-3C-3B
Bê tông : cấp độ bền B25
Cốt thép : - 6 đến 8 : Cốt thép AI Có = 225 MPa
- Lớn hơn 8 : Cốt thép AII có = 280 Mpa -Xác định nhịp, sơ đồ tính toán:
Coi các cạnh đều là liên kết cứng, nên nhịp tính toán đƣợc tính từ mép dầm
=> Xét làm việc theo 2 phương, tính toán theo sơ đồ bản kê 4 cạnh
Hình 3.5 Xác định momen sàn
Nội lực của bản được xác định thông qua sơ đồ đàn hồi, với phương án bố trí cốt thép đồng đều theo mỗi phương Để tính toán nội lực trong bản, áp dụng phương trình phù hợp.
Các hệ số 1 , 2 , 1 , 2 tra trong bảng sau: Ô bản đang chọn là ô bản số IV, bốn liên kết ngàm
*Tính toán cốt thép sàn
Tính cho tiết diện giữa chịu momen dương M 1 , M 2 , ở đây ta giá trị lớn nhất nên ta lấy M 1 = 8,9 (kN.m) = 0,89 (T.m)
Tính cho dải bản có bề rộng b = 1m nhƣ 1 dầm chịu uốn
Giả thiết a ( tâm cốt thép đến mép bê tông ngoài ): a = 15mm = 0,015 m
Chiều cao làm việc của tiết diện: h 0 = h - a = 150-15 = 135mm = 0.135 m
Diện tích cốt thép cần thiết :
Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép :
Hàm lƣợng cốt thép hợp lí
Chọn d8a170, diện tích cốt thép A s = 3,0 cm 2
Tính lại a: ta chọn thép d8 có đường kính 8mm nên a 2 mm
Với a = 12mm => h 0 = h - a 0 = 150 – 12 = 138 mm (lớn hơn giá trị dùng để tính toán) nên kết quả thiên về an toàn
*Tính cho tiết diện biên chịu momen âm M A1, M A2 , ở đây ta lấy giá trị lớn nhất:
Tính cho dải bản có bề rộng b = 1m nhƣ 1 dầm chịu uốn
Giả thiết a 0 (tâm cốt thép đến mép bê tông ngoài): a = 15 mm = 0,015 m
Chiều cao làm việc tiết diện: h 0 = h - a = 150 – 15 = 135 mm = 0.135 m
Diện tích cốt thép cần thiết:
Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép:
Hàm lƣợng cốt thép nhƣ vậy là hợp lí
Chọn d8 a70, diện tích cốt thép A s = 7,2 cm 2
Tính lại a: ta chọn thép d8 có đường kính 8mm nên a 2 = 12mm
Với a = 12mm => h 0 = h - a = 150 – 12 = 138 mm (lớn hơn giá trị dùng để tính toán) nên kết quả thiên về an toàn
Bảng tổng hợp kết quả thép sàn nhịp BC, trục 3-4, tầng 3
Thép momen dương D10a120 Đặt cốt thép lớp trên theo 2 phương là 10a150 Đặt cốt thép lớp dưới theo 2 phương là 10a120
Việc tính toán và bố trí thép sàn cho các sàn còn lại được thực hiện tương tự bằng cách xuất nội lực từ phần mềm Etabs, tuân theo TCXDVN 356:2005 và thực hiện các tính toán cần thiết như đã nêu.