TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH
Giới thiệu về công trình
Công trình mang tên: Chung cư Khuê Trung - TP Đà Nẵng
Đà Nẵng, trung tâm kinh tế, văn hóa và chính trị của miền Trung và cả nước, đang phát triển mạnh mẽ với nhiều khu công nghiệp và cải thiện điều kiện sống Trong bối cảnh quỹ đất hạn hẹp, việc xây dựng các khu nhà ở cần được cân nhắc kỹ lưỡng để đáp ứng nhu cầu đa dạng của thành phố, tiết kiệm đất và đảm bảo tính thẩm mỹ Do đó, xây dựng khu chung cư là giải pháp thực tiễn, mang lại nhiều lợi ích cho sự phát triển bền vững của Đà Nẵng.
Việc tiết kiệm đất xây dựng là động lực chính cho sự phát triển kiến trúc cao tầng tại thành phố Bên cạnh việc mở rộng hợp lý ranh giới đô thị, xây dựng nhà cao tầng mang lại giải pháp hiệu quả trên diện tích hạn chế, cho phép xây dựng nhiều công trình hơn và chất lượng tốt hơn.
Chung cư cao tầng mang lại nhiều lợi ích cho sản xuất và sinh hoạt, tạo ra không gian sống tiện nghi và kết nối hiệu quả giữa các tầng Điều này giúp rút ngắn khoảng cách và tiết kiệm thời gian, từ đó nâng cao hiệu suất công việc và sự tiện lợi trong việc sử dụng.
Để giải quyết mâu thuẫn giữa công việc và sinh hoạt trong đô thị, cần phát triển kiến trúc đa chức năng, đáp ứng mọi loại sử dụng trong một công trình kiến trúc duy nhất.
Việc bố trí các kiến trúc cao tầng với số tầng và hình thức đa dạng không chỉ làm phong phú thêm bộ mặt đô thị mà còn tạo ra những hình dáng đẹp mắt cho thành phố Những tòa nhà cao tầng giúp giải phóng không gian mặt đất, cho phép hình thành các khu vực công cộng như sân bãi nghỉ ngơi và trồng cây xanh, từ đó tạo nên cảnh quan đô thị hấp dẫn và thân thiện hơn.
Từ đó việc dự án xây dựng chung cư Nam Việt Á được ra đời
Thành phố Đà Nẵng nằm ở 15 0 55' đến 16 o 14' vĩ Bắc, 107 o 18' đến 108 o 20' kinh Đông, Bắc giáp tỉnh Thừa Thiên - Huế, Tây và Nam giáp tỉnh Quảng Nam, Đông giáp Biển Đông
Đà Nẵng, nằm ở vị trí trung độ của Việt Nam, kết nối các trục giao thông Bắc - Nam qua đường bộ, đường sắt, đường biển và đường hàng không, cách Hà Nội 764 km về phía Bắc và TP Hồ Chí Minh 964 km về phía Nam Đặc biệt, Đà Nẵng còn là trung điểm của bốn di sản văn hóa thế giới nổi tiếng: cố đô Huế, Phố cổ Hội An, Thánh địa Mỹ Sơn và Rừng quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng.
Đà Nẵng, thành phố cửa ngõ quan trọng ra biển của Tây Nguyên và các nước Lào, Campuchia, Thái Lan, Myanmar, đóng vai trò then chốt trong Hành lang kinh tế Đông Tây với điểm kết thúc tại Cảng biển Tiên Sa Với vị trí địa lý thuận lợi trên các tuyến đường biển và hàng không quốc tế, Đà Nẵng tạo điều kiện cho sự phát triển nhanh chóng và bền vững.
Công trình xây dựng nằm trên: Lô A-56, A-57, A-58 tổ 11, đường Hoàng Văn Thái, phường Hòa Khành Nam, quận Liên Chiểu, Thành phố Đà Nẵng
➢ Hướng Bắc-Tây Bắc : giáp khu đất trống;
➢ Hướng Tây-Tây Bắc : giáp đường Hoàng Minh Thảo;
➢ Hướng Đông-Đông Nam : giáp công trình lân cận;
➢ Hướng Nam-Đông Nam : giáp đường Hoàng Văn Thái;
Hình 1.1: Mặt bằng tổng thể công trình
Tòa nhà 14 tầng, bao gồm 1 tầng hầm và 1 tầng sân thượng, có thiết kế hình chữ nhật với kích thước 18,8x39,5 m² và chiều cao 48,1 m Nhà xe được bố trí thuận tiện trong tầng hầm.
• Các thông số về khu đất gồm:
+ Tổng diện tích khu đất nghiên cứu: 1900 m2
+ Diện tích đất xây dựng: 742,6 m2
+ Tổng công ty lương thực Miền Nam
+ Trụ sở: 42 Chu Mạnh Trinh, Phường Bến Nghé, Quận 1, TP.Hồ Chí Minh
+ Công ty cổ phần tư vấn và thiết kế xây dựng ACE
+ Trụ sở: 96 Định Công, Quận Thanh Xuân- Hà Nội
Điều kiện khí hậu, địa chất, thủy văn
Vị trí xây dựng công trình nằm ở Thành phố Đà nẵng nên mang đầy đủ tính chất chung của vùng:
Thành phố Đà Nẵng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình, nhiệt độ cao và ít biến động: ÐÝ ? NG HO ÀNG M IN H T H ? O
• Nhiệt độ trung bình hàng năm : 25.9 o C;
• Tháng có nhiệt độ cao nhất : trung bình 30-34 o C (tháng 6, 7, 8)
• Tháng có nhiệt độ thấp nhất : tháng 12 1 2 18–23 o C
+Mùa mưa: từ tháng 4 đến tháng 11:
• Lượng mưa trung bình hàng năm : 2504.57 mm;
• Lượng mưa cao nhất trong năm : 550 - 1000 mm; 10 11
• Lượng mưa thấp nhất trong năm : 2340 mm; 1 2 3 4
+Gió: có hai mùa gió chính:
• Gió tây nam chiếm ưu thế vào mùa hè; gió đông bắc chiếm ưu thế trong mùa đông
• Thuộc khu vực gió IIB
+Độ ẩm: độ ẩm trung bình hàng năm: 80-85%
Nắng: tổng số giờ nắng trong năm: 2156.2 giờ
➢ Địa hình: Địa hình khu đất bằng phẳng, tương đối rộng rãi thuận lợi cho việc xây dựng công trình
Theo báo cáo kết quả địa chất công trình, khu đất xây dựng có địa hình tương đối bằng phẳng và đã được khảo sát bằng phương pháp khoan với độ sâu 50 m Mực nước ngầm được ghi nhận ở độ sâu 4,2 m so với mặt đất tự nhiên Kết quả khảo sát cho thấy có sự phân lớp đất từ trên xuống dưới.
+ Cát mịn, trạng thái chặt vừa, dày 3,0m
+ Cát thô, trạng thái chặt vừa, dày 5,0m
+ Cát bụi trạng thái chặt vừa, dày 9,0m
+ Á sét, trạng thái dẻo cứng, dày 5,0m
+ Cát mịn, trạng thái chặt vừa, dày 3,0m
+ Á sét, trạng thái nửa cứng, dày 5,0m
+ Đá phiến Granit có khả năng chịu tải lớn.
Các giải pháp kiến trúc công trình
1.3.1 Giải pháp mặt bằng tổng thể
Giải pháp tổng mặt bằng cho công trình độc lập này tương đối đơn giản, chủ yếu phụ thuộc vào vị trí, các tuyến giao thông chính và diện tích khu đất Hệ thống bãi đậu xe được thiết kế dưới tầng ngầm, đáp ứng nhu cầu đậu xe cho cư dân, với cổng chính hướng trực tiếp ra đường lớn Hoàng Văn Thái.
Hệ thống kỹ thuật điện, nước được nghiên cứu kĩ, bố trí hợp lý, tiết kiệm dễ dàng sử dụng và bảo quản
Bố trí mặt bằng khu đất xây dựng sao cho tiết kiệm và sử dụng có hiệu quả nhất, đạt yêu cầu về thẩm mỹ và kiến trúc
Công trình mới được xây dựng hoàn toàn trên khu đất rộng 1565m², bao gồm 12 tầng với 1 tầng hầm Diện tích xây dựng là 742,6m² và tổng chiều cao của công trình đạt 48,1m Khu vực xây dựng nằm sát với các công trình lân cận.
Trong khối nhà có các phòng sau:
Bảng 1.1: Các tầng và chức năng của từng tầng
Tầng Công năng Diện tích
Tầng hầm Bãi đỗ xe, phòng tủ điện, phòng kĩ thuật nước, nhà kho 742,6 3,0
Phòng dịch vụ thể thao, phòng dịch vụ giải trí, cửa hàng tạp hóa, phòng kỹ thuật và phòng quản lý
Tầng 2- Tầng 12 Tầng điển hình gồm các căn hộ gia đình 696,2 3,3
Tầng thượng Phòng kĩ thuật thang máy 510 7,0
Mặt đứng của công trình đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên tính nghệ thuật và kiến trúc cảnh quan khu phố Từ xa, hình khối kiến trúc của công trình hiện lên rõ nét Mặt trước và mặt sau được thiết kế với tường ngoài ốp đá và kính, trong đó kính có các ô cửa rộng giúp tối ưu hóa ánh sáng tự nhiên Hai mặt chính có hệ lam bằng bê tông và kim loại, vừa che nắng vừa nâng cao tính thẩm mỹ, tạo sự nhịp nhàng cho công trình Hai mặt bên được hoàn thiện bằng đá Granit, góp phần làm tăng vẻ đẹp tổng thể.
Dựa vào đặc điểm sử dụng và điều kiện chiếu sáng, thông thủy, thoáng gió cho các phòng chức năng ta chọn chiều cao các tầng nhà như sau:
1.3.4 Giải pháp thiết kế kết cấu
Hiện nay, việc sử dụng kết cấu bê tông cốt thép trong xây dựng, đặc biệt là trong các công trình nhà cao tầng, ngày càng trở nên phổ biến tại Việt Nam và trên thế giới Bê tông cốt thép mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, góp phần nâng cao chất lượng và độ bền của công trình.
+ Giá thành của kết cấu BTCT thường rẻ hơn kết cấu thép đối với những công trình có nhịp vừa và nhỏ chịu tải như nhau
+ Bên lâu, ít tốn tiền bảo dưỡng, cường độ ít nhiều tăng theo thời gian.Có khả năng chịu lửa tốt
+ Dễ dàng tạo được hình dáng theo yêu cầu kiến trúc
Kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) gặp nhiều khuyết điểm, bao gồm trọng lượng lớn, khó khăn trong việc vượt nhịp lớn, cũng như khó khăn trong việc kiểm tra chất lượng và phát hiện vết nứt.
Xem xét nhưng ưu điểm, nhược điểm của kết cấu BTCT và đặc điểm của công trình thì việc chọn kết cấu BTCT là hợp lí
Tòa nhà được thiết kế với kết cấu kết hợp giữa hệ khung và lõi vách cứng, đặc biệt là ở khu vực thang máy, cùng với sàn bê tông cốt thép (BTCT), nhằm đảm bảo tính ổn định và bền vững cho các khu vực chịu tải trọng động lớn.
Phương án thi công nền móng sẽ sử dụng cọc khoan nhồi, đảm bảo an toàn và ổn định cho toàn bộ hệ kết cấu, đồng thời tuân thủ các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành.
Tường bao xung quanh được xây gạch đặc kết hợp hệ khung nhôm kính bao che cho toàn bộ tòa nhà
Các vật liệu hoàn thiện sẽ được thiết kế đạt tiêu chuẩn cao, đáp ứng nhu cầu hiện đại hóa và yêu cầu về thẩm mỹ, nội thất cho các tòa nhà văn phòng.
Các giải pháp kỹ thuật công trình
Công trình sử dụng điện từ hệ thống điện thành phố và được trang bị một máy phát điện dự trữ để đảm bảo hoạt động liên tục của tất cả các trang thiết bị trong tòa nhà, ngay cả khi xảy ra sự cố mất điện Nguồn điện này cần thiết cho hệ thống thang máy và hệ thống lạnh, giúp duy trì sự hoạt động ổn định và hiệu quả.
Toàn bộ hệ thống điện được lắp đặt ngầm, đảm bảo an toàn và thuận tiện cho việc sửa chữa Hệ thống cấp điện chính được đặt trong các hộp kỹ thuật trong tường, tránh khu vực ẩm ướt Hệ thống ngắt điện tự động với dòng từ 1A đến 50A được bố trí theo tầng và khu vực, giúp đảm bảo an toàn khi có sự cố xảy ra.
Nguồn nước được cung cấp từ hệ thống cấp nước thành phố và lưu trữ trong bể chứa ở tầng hầm Từ đây, nước được bơm tự động đến từng phòng thông qua hệ thống bơm tại tầng hầm.
Nước thải từ công trình được dẫn về hệ thống thoát nước chung của thành phố Nước mưa từ mái nhà được thu thập qua hệ thống ống thoát đứng và dẫn xuống mương thoát quanh nhà, sau đó đưa vào hệ thống thoát nước chính Nước thải từ phòng vệ sinh được đưa xuống bể tự hoại, trải qua quá trình xử lý trước khi được xả ra hệ thống thoát nước chính.
1.4.3 Hệ thống thông gió, chiếu sáng
Vấn đề thông gió và chiếu sáng là rất quan trọng trong thiết kế công trình, đặc biệt với điều kiện tự nhiên đã nêu Tất cả các phòng đều có mặt tiếp xúc với thiên nhiên, vì vậy cửa sổ và cửa đi được lắp kính và khung nhôm, kèm theo hệ lam che nắng Điều này không chỉ tạo sự thoáng mát mà còn đảm bảo ánh sáng tự nhiên cho các không gian Hơn nữa, việc kết hợp với thông gió và chiếu sáng nhân tạo cũng được chú trọng để nâng cao chất lượng môi trường sống.
1.4.4 Hệ thống phòng cháy, chữa cháy
Đầu báo khói và báo nhiệt được lắp đặt tại các khu vực như tầng hầm, kho, sảnh, hành lang, cũng như trong các phòng kỹ thuật và phòng điều khiển thang máy để đảm bảo an toàn phòng cháy chữa cháy.
Các thiết bị báo động như nút báo động khẩn cấp và chuông báo động được lắp đặt tại các khu vực công cộng, dễ nhìn thấy để truyền tín hiệu và thông báo địa điểm xảy ra hỏa hoạn Hệ thống báo nhiệt, báo khói và dập lửa cũng cần được trang bị cho toàn bộ công trình để đảm bảo an toàn tối đa.
Nước chữa cháy được lấy từ bể nước hầm và sử dụng máy bơm xăng lưu động Các đầu phun nước được lắp đặt tại phòng kỹ thuật ở mỗi tầng, kết nối với hệ thống cứu hỏa khác như bình cứu cháy khô, đèn báo cửa thoát hiểm và đèn báo khẩn cấp, đảm bảo an toàn cho tất cả các tầng.
Chống sét cho công trình sử dụng đầu kim thu sét công nghệ mới, kết hợp với dây nối đất bằng cáp đồng trục Triax bọc 3 lớp cách điện Giải pháp này không chỉ đảm bảo tính thẩm mỹ cho công trình mà còn cách ly hoàn toàn dòng sét, bảo vệ an toàn cho các thiết bị bên trong.
Kỹ thuật nối đất hình tia kiểu chân chim giúp duy trì tổng trở đất thấp, từ đó giảm thiểu điện thế bước nguy hiểm cho con người và thiết bị Hệ thống chống sét được thiết kế với điện trở nối đất không vượt quá 10Ω.
Hệ thống nối đất an toàn cho thiết bị phải hoạt động độc lập với hệ thống nối đất chống sét, với điện trở không vượt quá 4Ω Tất cả các tủ điện, bảng điện và thiết bị điện có vỏ kim loại cần được kết nối với hệ thống nối đất để đảm bảo an toàn.
1.4.6 Vệ sinh môi trường Để giữ vệ sinh môi trường, giải quyết tình trạng ứ đọng nước thì phải thiết kế hệ thống thoát nước xung quanh công trình Nước thải của công trình được xử lí trước khi đẩy ra hệ thống thoát nước của Thành Phố
Sàn tầng hầm được thiết kế với độ dốc 1% để dẫn nước về các mương và đưa về hố ga
Rác thải hàng ngày được công ty môi trường và đô thị thu gom, dùng xe vận chuyển đến bãi rác của thành phố
Công trình được thiết kế ống thả rác, tại các tầng có cửa tự động đóng.
Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật
K0 là tỷ lệ diện tích xây dựng của công trình so với tổng diện tích lô đất, được tính bằng phần trăm (%) Diện tích xây dựng được xác định dựa trên hình chiếu mặt bằng của mái công trình.
Trong đó: SXD t2,6 là diện tích xây dựng công trình theo hình chiếu mặt bằng mái công trình
SLD = 5125 m 2 là diện tích lô đất
HSD là tỉ số của tổng diện tích sàn toàn công trình trên diện tích lô đất
S = (11144/5125) = 2,17 Trong đó: SS 6204m 2 là tổng diện tích sàn toàn công trình không bao gồm diện tích sàn tầng hầm và mái.
Kết luận và kiến nghị
Công trình được xây dựng tại trung tâm thành phố, phù hợp với quy hoạch tổng thể và sở hữu kiến trúc hiện đại, đẹp mắt Việc đưa công trình vào sử dụng không chỉ đáp ứng nhu cầu chỗ ở mà còn mang lại nhiều lợi ích cho cộng đồng.
Hệ kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối mang lại khả năng chịu tải trọng đứng và ngang tốt cho công trình Đồng thời, kết cấu móng vững chắc với hệ móng cọc khoan nhồi cho phép chịu tải lớn, đảm bảo sự ổn định và an toàn cho công trình.
Dự án xây dựng Chung Cư Khuê Trung là một giải pháp khả thi và cần thiết, nhằm đáp ứng nhu cầu về chỗ ở và sinh hoạt cho người dân.
THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Phân loại ô sàn và sơ bộ chọn chiều dày sàn
Nếu sàn liên kết với dầm giữ, nó được coi là ngàm; ngược lại, nếu dưới sàn không có dầm, sàn sẽ được xem là tự do Khi sàn liên kết với dầm biên, nó được xem như khớp, nhưng thường thiên về an toàn hơn.
D200x5 00 thì ta lấy cốt thép ở biên ngàm để bố trí cho biên khớp Khi dầm biên lớn ta có thể xem là ngàm
1 l 2 l Bản chủ yếu làm việc theo phương cạnh bé: Bản loại dầm
1 l 2 l Bản làm việc theo cả hai phương : Bản kê bốn cạnh
Trong đó : l1-kích thước theo phương cạnh ngắn l2-kích thước theo phương cạnh dài
+ Chọn chiều dày bản sàn theo công thức: hb = l m
Trong đó: l: là cạnh ngắn của ô bản;
D= 0,81,4 phụ thuộc vào tải trọng Chọn D=1 m= 3035 với bản loại dầm m= 4045 với bản kê bốn cạnh
Do kích thước nhịp các bản chênh lệch không lớn, chúng ta chọn chiều cao hb của ô bản lớn nhất cho các ô bản còn lại để thuận tiện cho thi công và tính toán Cần đảm bảo rằng chiều cao hb lớn hơn 6cm đối với các công trình dân dụng.
Căn cứ vào kích thước,cấu tạo, liên kết, tải trọng tác dụng ta chia làm các loại ô bảng như sau:
Bảng 2.1: Phân loại ô sàn tầng điển hình và chiều dày sàn
Kích thước (m) Tỷ số Loại bản
Xác định tải trọng
2.2.1 Tĩnh tải sàn a) Trọng lượng các lớp sàn
Cấu tạo sàn như hình sau:
Hình 2.2 Cấu tạo sàn tầng điển hình
Dựa vào cấu tạo kiến trúc lớp sàn, ta có: gtc = . (daN/m 2 ): tĩnh tải tiêu chuẩn (2.2) gtt = gtc.n (daN/m 2 ): tĩnh tải tính toán (2.3)
Trong đó: (daN/m 3 ): trọng lượng riêng của vật liệu n: hệ số vượt tải lấy theo TCVN2737-1995
Tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán được thể hiện ở bảng 2.2 :
Bảng 2.2: Bảng tĩnh tải sàn dày 100mm
Chiều dày Tr.lượng riêng gtc Hệ số n gtt
(m) (kN/m 3 ) (kN/m 2 ) (kN/m 2 ) 1.Gạch Granite 0,01 22 0,22 1,1 0,242
- Gạch granite dày 10mm -Vữa xi măng lót dày 20mm
- Vữa trát trần dày 15mm
- Các lớp khác (trần, thiết bị kỹ thuật…)
Tổng cộng 4,38 b) Trọng lượng tường ngăn và tường bao che trong phạm vi ô sàn
Tường ngăn giữa các khu vực trên mặt bằng có độ dày 100mm, được xây bằng gạch rỗng với trọng lượng riêng là 1500 daN/m³ Đối với các ô sàn có tường đặt trực tiếp trên sàn mà không có dầm đỡ, tải trọng sẽ được phân bố đều trên sàn Khi tường ngăn được đặt trên dầm, trọng lượng của tường sẽ được quy đổi thành tải trọng phân bố truyền vào dầm.
Chiều cao tường được xác định: ht = H-hds
Trong đó: ht: chiều cao tường
H: chiều cao tầng nhà hds: chiều cao dầm hoặc sàn trên tường tương ứng
Công thức qui đổi tải trọng tường trên ô sàn về tải trọng phân bố trên ô sàn : tt gt-s= t c t t t v v v c c c i
St (m 2 ): diện tích bao quanh tường
Sc (m 2 ): diện tích cửa nt, nc, nv: hệ số độ tin cậy đối với tường, cửa và vữa trát.(nt= 1,1; nc= 1,3; nv=1,3)
t = 0,1(m): chiều dày của mảng tường
t = 1500(daN/m 3 ): trọng lượng riêng của tường
v = 0,015(m): chiều dày của vữa trát
v = 1600(daN/m 3 ): trọng lượng riêng của vữa trát
c = 25(daN/m 2 ): trọng lượng của 1m 2 cửa
Si(m 2 ): diện tích ô sàn đang tính toán
Ta có bảng tính tĩnh tải các ô sàn tầng điển hình:
Bảng 2.3: Bảng tính tĩnh tải tường lên các sàn tầng điển hình Ô
Kích thước Diện tích Kích thước tường St Sc tt s g t −
Bảng 2.4: Bảng tính tĩnh tải các ô sàn tầng điển hình Ô sàn g tt s g tt t g tt Ô sàn g tt s g tt t g tt
(daN/m 2 ) (daN/m 2 ) (daN/m 2 ) (daN/m 2 ) (daN/m 2 ) (daN/m 2 )
Giá trị hoạt tải được xác định dựa trên chức năng sử dụng của các loạn phòng, trong khi hệ số tin cậy n đối với tải trọng phân bố đều được quy định theo điều 4.3.3 trong TCVN 2737-1995.
Bảng 2.5: Hoạt tải các ô sàn tầng điển hình
Vật liệu sàn tầng điển hình
- Bêtông B20 có: Rb = 11,5(MPa) = 115(daN/cm 2 )
- Cốt thép ≤ 8: dùng thép CI có: RS = RSC = 225(MPa) = 2250(daN/cm 2 )
- Cốt thép ≥ 10: dùng thép CI có: RS = RSC = 280(MPa) = 2800(daN/cm 2 ).
Xác định nội lực trong các ô sàn
Ta tách thành các ô bản đơn để tính nội lực
2.4.1 Nội lực trong sàn bản dầm
Cắt dãy bản rộng 1m và xem như là một dầm:
Tải trọng phân bố đều tác dụng lên dầm q = (g+p).1m (daN/m)
Tuỳ thuộc vào liên kết cạnh bản mà các sơ đồ tính đối với dầm
Loại phòng Hệ số n Ô sàn
2.4.2 Nội lực trong bản kê 4 cạnh
Sơ đồ nội lực tổng quát:
+Momen dương lớn nhất ở giữa bản:
+Momen âm lớn nhất ở trên gối:
Trong đó: α1, α2, β1, β2 : ra phụ lục 16 trang 118 sỏch ô Sàn sườn bờ tụng cốt thộp toàn khối ằ
Tính toán cốt thép
Tính thép bản như cấu kiện chịu uốn có bề rộng b = 1m; chiều cao h = hb
Thứ tự các bước tính toán như sau:
Với a: là khoảng cách từ mép bêtông đến trọng tâm cốt thép chịu kéo
Để tính chiều cao làm việc của tiết diện h0, công thức được sử dụng là h0 = h – a Đối với các ô sàn là bản kê 4 cạnh, do bản làm việc theo 2 phương, cần có cốt thép được đặt trên và dưới Mômen cạnh ngắn thường lớn hơn mômen cạnh dài, vì vậy thép cạnh ngắn thường được đặt nằm dưới để tăng h0 Do đó, sẽ có hai trường hợp cần xem xét khi tính toán h0.
- Đối với cốt thép đặt dưới: h01 = h – a
- Đối với cốt thép đặt trên : h02 = h – a - d +d 1 2
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các thông số kỹ thuật liên quan đến kết cấu bê tông, bao gồm d1, là đường kính của lớp cốt thép đặt dưới; d2, là đường kính của lớp cốt thép đặt trên; h, là chiều dày của bản sàn; và a, là khoảng cách từ mép bê tông đến trọng tâm của cốt thép đặt dưới.
+ Bước 3:Xác định hệ số tính toán tiết diện m m 2 R b 0 α = M α
M: là mômen của các ô sàn b: là bề rộng của dải bản b=1m
R: hệ số phụ thuộc cấp độ bền B và cường độ cốt thép
- Đối với nhóm cốt thép CI: R = 0,437 khi dùng Bêtông cấp độ bền B20
- Đối với nhóm cốt thép CII: R = 0,416 khi dùng Bêtông cấp độ bền B20
- Nếu thỏa điều kiện trên thì chuyển qua bước 4
- Nếu mR thì phải điều chỉnh bằng cách tăng kích thước tiết diện hoặc tăng cấp độ bền của Bêtông để đảm bảo điều kiện hạn chế
+ Bước 4: Xác định hệ số giới hạn chiều cao vùng nén
Nếu: m Rthì từ m tra bảng được hệ số (Bảng Phụ lục 10 – tài liệu tham khảo [18])
Hoặc tính theo công thức: 1+ 1 - 2.α m ζ = 2
+ Bước 5:Tính diện tích cốt thép tính toánA TT S
+ Bước 6: Kiểm tra hàm lượng cốt thép tính toánμ TT
100.h Điều kiện: μminμ TT μmax
Trong đó: μ TT : là hàm lượng cốt thép tính toán Trong sàn,μ TT = 0,30,9% là hợp lý μmin= 0,05% Thiết kế lấy μmin = 0,1% b max R
- Đối với nhóm cốt thép CI: max μ = 0,645 11,5 100 = 3,297%
- Đối với nhóm cốt thép CII: max μ = 0,59 11,5 100 = 2,423%
+ Bước 7: Chọn đường kính cốt thép và khoảng cách a giữa các thanh thép:
+ Bước 8: Chọn khoảng cách bố trí cốt thép a BT
Căn cứ vào khoảng cách tính toán a TT và các điều kiện về cấu tạo chọn khoảng cách bố trí cốt thép a BT Với điều kiện: a BT ≤ a TT
Tính diện tích cốt thép bố trí:
+ Bước 9:Tính hàm lượng cốt thép thực tế đã bố trí
Bố trí cốt thép
Tại vùng giao nhau để tiết kiệm có thể đặt 50% As của mỗi phương (ít dùng) nhưng không ít hơn 3 thanh/1m dài
- Đường kính cốt chịu lực d ≤ 1
- Khoảng cách giữa các cốt thép chịu lực 7cm s 20cm.
-Cốt thép phân bố phải lớn hơn hoặc bằng 10% cốt chịu lực nếu
/ l 2 l 1 ;không ít hơn 20% cốt chịu lực nếu ngược lại Khoảng cách các thanh nhỏ hơn hoặc bằng 35 cm,đường kính cốt thép phân bố < đường kính thép chịu lực
Trong đồ án, tỉ số l2/l1 chủ yếu nhỏ hơn 3, do đó cốt thép phân bố cần có tỷ lệ lớn hơn hoặc bằng 20% cốt chịu lực Vì vậy, chúng ta chọn thép phân bố với đường kính Φ6 và khoảng cách a200.
- Cốt phân bố có tác dụng :
• Chống nứt do bê tông co ngót
• Cố định cốt chịu lực
• Phân phối tải trọng đều hơn,tránh hiện tượng tập trung ứng suất
• Hạn chế việc mở rộng khe nứt
Việc bố trí cốt thép xem bản vẽ KC
Do sự tính toán các ô sàn độc lập, thường xảy ra hiện tượng các ô sàn ở hai bên của một dầm có nội lực khác nhau Tuy nhiên, điều này không phản ánh đúng thực tế, vì các moment này thường bằng nhau nếu bỏ qua moment xoắn trong dầm.
Kết quả của hai moment không bằng nhau vì quan niệm tính toán chưa chính xác Thực tế, các ô sàn không độc lập, và tải trọng tác dụng lên ô này có thể ảnh hưởng đến các ô khác, dẫn đến sự sai lệch trong kết quả.
Biểu đồ moment tính toán Biểu đồ moment thực tế
Do sự phân phối moment tại gối của hai ô sàn lân cận bằng nhau, để đảm bảo an toàn, ta nên lấy moment lớn nhất để bố trí cốt thép cho cả hai bên.
Tính toán ô sàn điển hình S7
Ô sàn S7 có kích thước 4x4,5 Tỷ số 𝑙 2
=>Ô sàn S7 thuộc bản kê bốn cạnh làm việc cho cả hai phương
Tra phụ lục 16 trang 118 sỏch ô Sàn sườn bờ tụng cốt thộp toàn khối ằ ta cú cỏc hệ số là :
Ta có Momen như sau
Trong đó * là hệ số bảng tra với 4 cạnh khớp * 1 =0,0408 , * 2 =0,032
-Tính cốt thép: Chọn cốt thép AI có Rs = Rsc = 225 MPa
Bê tông B20 có Rb,5 MPa
+ Cốt thép chịu mômen dương theo phương cạnh ngắn
Hàm lượng cốt thép tính toán :
Diện tích cốt thép bố trí:
Hàm lượng cốt thép thực tế đã bố trí:
+ Cốt thép chịu mômen dương theo phương cạnh dài
Hàm lượng cốt thép tính toán :
Diện tích cốt thép bố trí:
Hàm lượng cốt thép thực tế đã bố trí:
+ Cốt thép mũ chịu mômen âm theo phương cạnh ngắn
Hàm lượng cốt thép tính toán :
Diện tích cốt thép bố trí:
Hàm lượng cốt thép thực tế đã bố trí:
+ Cốt thép mũ chịu mômen âm theo phương cạnh dài
Hàm lượng cốt thép tính toán :
Diện tích cốt thép bố trí:
Hàm lượng cốt thép thực tế đã bố trí:
Từ những tính toán ở ô bản sàn S7 trên , ta tính toán tương tự cho các ô sàn còn lại , kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 1.1 và 1.2, Phụ lục 1
Kết quả tính toán
Hình 3.1: Mặt bằng dầm sàn
THIẾT KẾ DẦM PHỤ
Thiết kế dầm phụ D1
Hình 3.1: Mặt bằng dầm sàn
3.1.2 Tính toán dầm trục 1’ (dầm D1):
3.1.2.1 Sơ bộ chọn kích thước dầm và sàn :
+ Chiều sao sàn tính toán: hs0mm
Cấu kiện Nhịp bxh (mm)
Bảng 3.1: Sơ bộ chọn kích thước dầm
3.1.2.2 Sơ đồ truyền tải dầm D1:
Hình 3.2: Sơ đồ truyền tải D1
Hình 3.3: Sơ đồ tính dầm dọc trục 1’
3.1.3 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN DẦM D1:
Tải trọng tác dụng lên dầm bao gồm các tải trọng sau:
+ Trọng lượng bản thân dầm
+ Trọng lượng của tường trên dầm
+ Tải trọng từ các ô sàn truyền vào
1.Trọng lượng bản thân dầm:
Phần sàn giao nhau với dầm được tính vào trọng lượng sàn Trọng lượng bản thân của dầm chỉ tính với phần không giao với sàn
+ Trọng lượng phần vữa trát : g vt = + ( b 2 h − 2 ) h s n XM =0,015x(0,3+2.0,65-2.0,1).1,3.16=0,437 (kN/m)
Tổng trọng lượng bản thân dầm :
2 Tải trọng của sàn truyền vào dầm:
Xem gần đúng tải trọng do sàn truyền vào dầm phân bố theo diện chịu tải như hình vẽ :
Hình 3.4: Sơ đồ truyền tải từ sàn và dầm
Tải trọng từ sàn tác động lên dầm có thể có các hình dạng khác nhau như hình thang, hình tam giác hoặc hình chữ nhật, tùy thuộc vào đặc điểm làm việc của từng ô sàn Để đơn giản hóa quá trình tính toán, chúng ta có thể quy về phân bố đều.
• Đối với ô sàn làm việc 2 phương :
+Tải trọng phân bố hình thang:
Hình 3.5: Quy tải Hình thang về tải tương đương
+ Tải trọng phân bố hình tam giác quy về phân bố đều:
Hình 3.6: Quy tải tam giác về tải tương đương
• Đối với sàn làm việc 1 phương: xem tải trọng truyền vào dầm theo phương cạnh dài, dầm theo phương cạnh ngắn không chịu tải trọng từ sàn +
Hình 3.7: Sơ đồ truyền tải sàn 1 phương vào dầm
Kết quả tính toán dựa vào công thức (3.1) và (3.2) được ghi ở bảng 2.1, phụ lục 2
3 Tải trọng do tường truyền vào:
Xem tải trọng tường tác dụng lên dầm phân bố đều trên dầm đoạn MA-AB-BC-CD-
Xác định theo công thức: t c t t t v v v c c c
St (m 2 ): diện tích bao quanh tường
Sc (m 2 ): diện tích cửa nt, nc, nv: hệ số tin cây đối với tường , cửavà vữa trát.(nt= 1,1; nc= 1,3; nv=1,3)
t = 0,1 hoặc 0,2(m): chiều dày của mảng tường
t = 15(kN/m 3 ): trọng lượng riêng của tường
v = 0,015(m): chiều dày của vữa trái
v = 16(KN/m 3 ): trọng lượng riêng của vữa trái
c = 0,025(kN/m 2 ): trọng lượng riêng của 1m 2 cửa
Htường=htầng-hdầm=3,3-0,65=2,65(m), diện tích cửa chính 0,9 x 2,5m
=> Tổng tĩnh tải tải tác dụng lên các đoạn dầm:
Tổng tĩnh tải tác dụng lên các đoạn dầm (Phân bố đều): G=gt+gd+qds
Bảng tổng tĩnh tải truyền vào dầm D1 được thể hiện ở bảng 2.2, phụ lục 2
4 Lực tập trung P 1 ,P 2 và P 3 truyền vào dầm D 1 :
Hình 3.8: Sơ đồ truyền tải của sàn lên dầm a Tính lực tập trung P 1 :
+ Trọng lượng bản thân dầm D3
+ Trọng lượng do tường truyền vào dầm D3 t c t t t v v v c c c
+ Trọng lượng do sàn (S1) truyền vào dầm D3 có dạng hình thang:
+ Lực tập trung do Sàn S1 truyền vào dầm D3 có dạng hình thang:
+ Trọng lượng do sàn (S2) truyền vào dầm D3 có dạng hình tam giác:
+ Lực tập trung do Sàn S2 truyền vào dầm D3 :
+ Trọng lượng bản thân dầm D4
+ Trọng lượng do tường truyền vào dầm D4 t c t t t v v v c c c
+ Trọng lượng do sàn (S3) truyền vào dầm D4 có dạng tam giác :
+ Lực tập trung do Sàn S3 truyền vào dầm D4 có dạng hình tam giác :
+ Trọng lượng do sàn (S4) truyền vào dầm D4 có dạng tam giác :
+ Lực tập trung do Sàn S4 truyền vào dầm D4 có dạng hình tam giác :
P = + + = + + + = kN c Tính lực tập trung P 3 :
+ Trọng lượng bản thân dầm D5
+ Trọng lượng do sàn (S14) truyền vào dầm D5 có dạng hình thang :
+ Lực tập trung do Sàn S14 truyền vào dầm D5 có dạng hình thang :
+ Trọng lượng bản thân dầm D6
+ Trọng lượng do tường truyền vào dầm D6 t c t t t v v v c c c 1
+ Trọng lượng do sàn (S13) truyền vào dầm D5 có dạng hình thang :
+ Lực tập trung do Sàn S14 truyền vào dầm D5 có dạng hình thang :
1 Hoạt tải do sàn truyền lên dầm:
+ ps(kN/m 2 ) – Hoạt tải tính toán của sàn
Kết quả tính toán dựa vào công thức (3.1) và (3.2) được ghi ở bảng 2.3, phụ lục 2
2 Hoạt tải tập trung P 1 và P 2 do dầm phụ truyền vào dầm D 1 : a Tính lực tập trung P 1 :
+ Trọng lượng do sàn (S1) truyền vào dầm D3 có dạng hình thang:
+ Lực tập trung do Sàn S1 truyền vào dầm D3 có dạng hình thang:
+ Trọng lượng do sàn (S2) truyền vào dầm D3 có dạng hình tam giác:
+ Lực tập trung do Sàn S2 truyền vào dầm D3 :
+ Lực tập trung P1 tác dụng lên D1
P = + = + = kN b Tính lực tập trung P 2 :
+ Trọng lượng do sàn (S3) truyền vào dầm D4 có dạng tam giác :
+ Lực tập trung do Sàn S3 truyền vào dầm D4 có dạng hình tam giác :
+ Trọng lượng do sàn (S4) truyền vào dầm D4 có dạng tam giác :
+ Lực tập trung do Sàn S4 truyền vào dầm D4 có dạng hình tam giác :
+ Lực tập trung P2 tác dụng lên D2
P = + = + = kN c Tính lực tập trung P 3 :
+ Trọng lượng do sàn (S14) truyền vào dầm D5 có dạng hình thang :
+ Lực tập trung do Sàn S14 truyền vào dầm D5 có dạng hình thang :
+ Trọng lượng do sàn (S13) truyền vào dầm D6 có dạng hình thang :
+ Lực tập trung do Sàn S13 truyền vào dầm D6 có dạng hình tam giác :
+ Lực tập trung P2 tác dụng lên D2
3.1.4 Sơ đồ các trường hợp chất tải
Hình 3.9: Sơ đồ tĩnh tãi (TT)
Hình 3.10 : Sơ đồ hoạt tải nhịp 1(HT1) (đơn vị tính: kN.m)
Hình 3.11 : Sơ đồ hoạt tải nhịp 2(HT2) (đơn vị tính: kN.m)
Hình 3.12 : Sơ đồ hoạt tải nhịp 3(HT3) (đơn vị tính: kN.m)
Hình 3.13 : Sơ đồ hoạt tải nhịp 4(HT4) (đơn vị tính: kN.m)
Hình 3.14 : Sơ đồ hoạt tải nhịp 5(HT5) (đơn vị tính: kN.m)
Tính nội lực bằng phần mềm Sap2000 cho phép chúng ta tạo ra biểu đồ BAO Momen, một biểu đồ thể hiện momen lớn nhất tại từng tiết diện Mặc dù tại mỗi tiết diện có thể xuất hiện nhiều momen khác nhau, nhưng hình bao vật liệu sẽ chỉ ra momen lớn nhất, giúp tối ưu hóa thiết kế kết cấu.
Hình 3.15: Biểu đồ bao lực cắt (đơn vị tính: kN)
Hình 3.16 : Biểu đồ bao Momen (đơn vị tính:kN.m)
Từ biểu đồ BAO Mômen ta tìm được mômen nguy hiểm nhất cho nhịp và cho gối để tính toán cốt thép dọc cho dầm
Trong dầm dọc phải lấy tại 3 mặt cắt: Gối trái, Nhịp và Gối phải
Giả thiết khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài của bê tông là: amm
→ Chiều cao làm việc của dầm: h0e0-30b0mm
1 Tính toán cốt dọc cho gối:
Tính theo tiết diện chữ nhật: bxh00x650mm 2 ;
- Tính cho đoạn dầm AB:Từ kết quả nội lực xuất ra từ sap 2000 của biểu đồ BAO ta có:
Công thức tính cốt thép được xách định :
= = Chọn thộp: 2ứ20+2 ứ 22 cú As88mm 2
= = = R = 2 Tính toán cốt dọc cho Nhịp:
- Xác định St: Lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau:
+Chiều rộng bản cánh: bc=b+2St00+2x60000mm
-Kích thước tính toán tiết diện chữ T: bc00mm; hf0mm; b00mm; he0mm -Xác định vị trí trục trung hòa: M f = R b b c h f ( h 0 − 0 , 5 h f )
-Nhận xét: Mmax R = 0,623 thì phải thay đổi tiết diện, nếu < R = 0,623 thì tính Diện tích thép chịu kéo như sau:
= = = R = Tính tương tự cho các đoạn dầm, ta có kết quả tính toán được lập ở bảng 3.1, Phụ lục
❖ Tính cho đoạn dầm AB(8m):
- Kiểm tra điều kiện tính toán cốt đai : Qbmin 3 0 0, 6.0,9.300.620 100, 44( ) b R b h bt kN
(với Qbmin là khả năng chịu cắt nhỏ nhất của bê tông)
Vì thế ta cần phải tính toán cốt đai
+ Với gdp: tĩnh tãi tác dụng lên dầm phụ, pdp: hoạt tải tác dụng lên dầm phụ
- Vậy xảy ra trường hợp: 1 247( ) Q max 164, 41( )
- Xác định qsw bằng công thức :
= = - Ta tính lại qsw như sau :
- Chọn đường kính cốt thép đai 6 , 2 nhánh ; asw(,3m 2
300 300 ct h mm s mm mm mm
-Khoảng cách lớn nhất của các lớp cốt đai:
= = Vậy khoảng cách giữa các lớp cốt đai: min( , tt ct , max) min(121, 217,945) 121 s s s s = = mm=> bố trí 6a120mm
- Kiểm tra điều kiện chịu ứng suất nén chính của bê tông dầm :
+Thế vào tính được: Q = 164, 41 kN Q max = 0,3 0,885 1, 061 1 11,5 10 30 62 10 − 2 = 603 kN
=> Bê tông không bị phá hoạt trên tiết diện nghiêng do ứng suất nén chính
❖ Tính giật đứt vị trí có lực cắt P 2 :
Hình 3.17’ : Sơ đồ tính toán giật đứt
= = Trong đó : = 45 vì hdpe0 mm , Rsw5 ( Mpa)
Vậy chọn thộp 2ứ16 cú As=4,02(cm 2 )
Kết quả tính cốt đai được thể hiện ở bảng 3.2, phụ lục 3
Thiết kế dầm D2
Hình 3.18: Mặt bằng dầm sàn
3.2.2 Tính toán dầm trục A’ (dầm D2):
3.2.2.1 Sơ bộ chọn kích thước dầm và sàn :
+ Chiều sao sàn tính toán: hs0mm
Bảng 3.2: Sơ bộ chọn kích thước dầm ấu kiện Nhịp bxh (mm)
3.2.2.2 Sơ đồ truyền tải dầm D1:
Hình 3.19: Sơ đồ truyền tải D1
Hình 3.20: Sơ đồ tính dầm dọc trục 1’
3.2.3 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm D2:
Tải trọng tác dụng lên dầm bao gồm các tải trọng sau:
+ Trọng lượng bản thân dầm
+ Trọng lượng của tường trên dầm
+ Tải trọng từ các ô sàn truyền vào
1.Trọng lượng bản thân dầm:
Phần sàn giao nhau với dầm được tính vào trọng lượng sàn Trọng lượng bản thân của dầm chỉ tính với phần không giao với sàn
+ Trọng lượng phần vữa trát : g vt = + ( b 2 h − 2 ) h s n XM =0,015x(0,3+2.0,7-2.0,1).1,3.16=0,468 (kN/m)
Tổng trọng lượng bản thân dầm :
2 Tải trọng của sàn truyền vào dầm:
Xem gần đúng tải trọng do sàn truyền vào dầm phân bố theo diện chịu tải như hình vẽ
Hình 3.21: Sơ đồ truyền tải từ sàn và dầm
Tải trọng từ sàn truyền vào dầm có thể có nhiều hình dạng khác nhau như hình thang, hình tam giác hoặc hình chữ nhật, tùy thuộc vào đặc điểm làm việc của từng ô sàn Để đơn giản hóa quá trình tính toán, ta có thể quy về phân bố đều.
• Đối với ô sàn làm việc 2 phương :
+Tải trọng phân bố hình thang:
Hình 3.22: Quy tải Hình thang về tải tương đương
+ Tải trọng phân bố hình tam giác quy về phân bố đều:
Hình 3.23: Quy tải tam giác về tải tương đương
• Đối với sàn làm việc 1 phương: xem tải trọng truyền vào dầm theo phương cạnh dài, dầm theo phương cạnh ngắn không chịu tải trọng từ sàn +
Hình 3.24: Sơ đồ truyền tải sàn 1 phương vào dầm
Kết quả tính toán dựa vào công thức (3.1) và (3.2) được ghi ở bảng 2.6, phụ lục 2
3 Tải trọng do tường truyền vào:
Xem tải trọng tường tác dụng lên dầm phân bố đều trên dầm
Xác định theo công thức: t c t t t v v v c c c
St (m 2 ): diện tích bao quanh tường
Sc (m 2 ): diện tích cửa nt, nc, nv: hệ số tin cây đối với tường , cửavà vữa trát.(nt= 1,1; nc= 1,3; nv=1,3)
t = 0,1 hoặc 0,2(m): chiều dày của mảng tường
t = 15(kN/m 3 ): trọng lượng riêng của tường
v = 0,015(m): chiều dày của vữa trái
v = 16(KN/m 3 ): trọng lượng riêng của vữa trái
c = 0,025(kN/m 2 ): trọng lượng riêng của 1m 2 cửa
Htường=htầng-hdầm=3,3-0,7=2,6(m), diện tích cửa chính 0,9 x 2,5m,cửa phụ 0,8x2,5m
=> Tổng tĩnh tải tải tác dụng lên các đoạn dầm(được thể hiện ở bảng 2.8, phụ lục
Tổng tĩnh tải tác dụng lên các đoạn dầm (Phân bố đều): G=gt+gd+qds
+ ps(kN/m 2 ) – Hoạt tải tính toán của sàn
Kết quả tính toán dựa vào công thức (3.1) và (3.2) được ghi ở bảng 2.8, phụ lục 2 3.2.4 Sơ đồ các trường hợp chất tải
Hình 3.25: Sơ đồ tĩnh tãi (TT) (đơn vị tính: kN.m)
Hình 3.26 : Sơ đồ hoạt tải nhịp 1(HT1) (đơn vị tính: kN.m)
Hình 3.27 : Sơ đồ hoạt tải nhịp 2(HT2) (đơn vị tính: kN.m)
Hình 3.28 : Sơ đồ hoạt tải nhịp 3(HT3) (đơn vị tính: kN.m)
Hình 3.29 : Sơ đồ hoạt tải nhịp 4(HT4) (đơn vị tính: kN.m)
Hình 3.30 : Sơ đồ hoạt tải nhịp 5(HT5) (đơn vị tính: kN.m)
Để tính toán nội lực bằng phần mềm Sap2000, chúng ta cần xây dựng biểu đồ BAO Momen Biểu đồ này thể hiện momen lớn nhất tại mỗi tiết diện, mặc dù tại một tiết diện có thể xuất hiện nhiều momen khác nhau, nhưng hình bao vật liệu chỉ thể hiện momen lớn nhất.
Hình 3.31: Biểu đồ bao lực cắt (đơn vị tính: kN)
Hình 3.32 : Biểu đồ bao Momen (đơn vị tính:kN.m)
Từ biểu đồ mômen BAO ta tìm được mômen nguy hiểm nhất cho nhịp và cho gối để tính toán cốt thép dọc cho dầm
Trong dầm dọc phải lấy tại 3 mặt cắt: Gối trái, Nhịp và Gối phải
Giả thiết khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài của bê tông là: a0mm
→ Chiều cao làm việc của dầm: h0p0-30g0mm (hp0mm)
1 Tính toán cốt dọc cho gối:
Tính theo tiết diện chữ nhật: bxh00x700m;
- Tính cho đoạn dầm 4-5: Từ kết quả nội lực xuất ra từ sap 2000 của biểu đồ BAO ta có
+Công thức tính cốt thép được xách định :
= = Chọn thộp: 2ứ20+1ứ22 cú As08mm 2
= = = R = 2 Tính toán cốt dọc cho Nhịp:
- Xác định St: Lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau:
+Chiều rộng bản cánh: bc=b+2St00+2x60000mm
-Kích thước tính toán tiết diện chữ T: bc00mm; hf0mm; b00mm; he0mm -Xác định vị trí trục trung hòa: M f = R b b c h f ( h 0 − 0 , 5 h f )
-Nhận xét: Mmax R = 0,623 thì phải thay đổi tiết diện, nếu < R = 0,623 thì tính Diện tích thép chịu kéo như sau: b s t s t
Vùng bê tông chịu nén
= = = R = Tính tương tự cho các đoạn dầm, ta có kết quả tính toán được lập ở bảng 3.2, phụ lục 3
- Kiểm tra điều kiện lực cắt min 0 0, 6.0,9.300.670 118540 118,54 max 103,85 b b b bt
Vì thế bê tông đủ chịu lực cắt, không cần tính toán cốt thép chịu lực cắt mà chỉ bố trí cốt đai theo cấu tạo
+ Đoạn gần gối tựa (1/4 nhịp dầm)
150 150 ct h mm s mm mm mm
Chọn đai 6 150( a mm)bố trí gần gối, 2 nhánh , asw(,3mm 2
+ Đoạn giữa nhịp: min 3 / 4 min 3.700 / 4 525 500
500 500 ct h Mm s mm mm mm
Chọn đai 6 200( a mm)bố trí giữa nhịp
- Kiểm tra điều kiện chịu ứng suất nén chính của bê tông dầm :
=> Bê tông không bị phá hoạt trên tiết diện nghiêng do ứng suất nén chính
Tính tương tự cho các đoạn dầm còn lại ta được kết quả ở bảng 3.4, phụ lục 3.
TÍNH TOÁN CẦU THANG TẦNG 4
Mặt bằng cầu thang
Hình 4.1: Mặt bằng cầu thang
Cầu thang công trình thuộc dạng cầu thang 2 vế, mỗi vế 10 bậc có kích thước b% cm, h cm
Góc nghiêng của cầu thang tg α= ℎ
Phân tích sự làm việc của cầu thang
- Ô1 (bản thang) liên kết ở 4 cạnh: tường, cốn CT1 (hoặc CT2), dầm chiếu nghỉ 1(DCN1), Dầm sàn hoặc dầm chân thang
- Ô2 (bản chiếu nghỉ) liên kết ở 4 cạnh: tường và dầm chiếu nghỉ 1(DCN1), dầm chiếu nghỉ 2(DCN2)
- Cốn CT1, CT2: liên kết ở hai đầu, gối lên dầm chiếu nghỉ 1(DCN1), dầm sàn hoặc dầm chân thang
- Dầm chiếu nghỉ 1 (DCN1), liên kết hai đầu gối lên tường
- Dầm chiếu nghỉ 2 (DCN2), liên kết hai đầu gối lên cột
Tính bản thang
Bản thang tính toán tương tự ô sàn, trong đó bốn biên được xem là liên kết khớp Tùy thuộc vào tỷ số l2/l1, chúng ta có thể tính toán bản theo hai phương pháp: bản kê 4 cạnh hoặc bản loại dầm.
- Kích thước cạnh bản theo phương nghiêng (l2) : l2= 2,75
+Bêtông B20 có: Rb = 11,5(MPa) = 115(daN/cm 2 )
+ Cốt thép ≤ 8: dùng thép CI có: RS = RSC = 225(MPa) = 2250(daN/cm 2 )
+Cốt thép ≥ 8: dùng thép CII có: R
4.2.2 Xác định tải trọng bản thang Ô 1 : a) Tĩnh tải
- Lớp đá granite dày 20mm
- Lớp vữa lót dày 20mm
- Lớp vữa liên kết dày 20mm
- Lớp vữa trát dày 15mm
Hình 4.2: Cấu tạo các lớp vật liệu cầu thang
+ Lớp đá granite dày 20mm:
= + Lớp vữa lót dày 20mm:
= + Lớp vữa liên kêt dày 20mm:
1, 3.1600.0, 02 41, 6 daN m2 g =n = + Bản BTCT dày 80mm:
1,1.2500.0, 08 220 daN m2 g =n = + Lớp vữa trát dày 15mm:
1, 3.1600.0, 015 31, 2 daN m2 g = n = + Tổng tĩnh tải theo phương thẳng đứng phân bố trên 1m 2 bản thang:
555, 7 daN m2 tt bt g g g g g g g = + + + + + b) Hoạt tải
Lấy hoạt tải tiêu chuẩn theo TCVN 2737-1995 cho cầu thang là p tc = 300 (daN/m 2 ) Vậy hoạt tải tính toán: p tt = n.p tc = 1,2x300 = 360 (daN/m 2 )
+ Tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên 1m 2 bản thang theo chiều nghiêng:
( 2 ) cos 555, 7 360.0, 86 865, 3 daN m tt tt tt bt bt bt q = g + p = + =
+ Tổng tải trọng tác dụng vuông góc lên 1m 2 bản thang là:
4.2.3 Xác định nội lực và tính toán cốt thép :
3,14 2,8 1,15 l l = = > 2 nên sàn chiếu nghỉ tính theo sơ đồ bản loại dầm Cắt dải bản rộng 1m theo phương cạnh ngắn
Tải trọng phân bố đều tác dụng lên dầm: q = (g+p).1m (daN/m)
Tải trọng phân bố đều tác dụng lên dầm q = (g+p).1m (daN/m) Dựa vào liên kết, ta có bản thang Ô1 thuộc bản loại dầm 2 đầu là khớp
Hình 4.3 : Sơ đồ tính bản thang Ô1
*Chọn a= 1,5 cm, chiều cao làm việc của dầm : ho= h–a= 8-1,5=6,5 (cm)
-Tính thép chịu momen dương Mg= 1230 (N.m):
0,025 11,5.1000.65 Với bê tông B20, thép CII có R =0, 429
Chọn thộp ỉ6 cú as = 0,283 (cm 2 )
= A = Vậy ta bố trớ thộp ỉ6a200mm
Cấu tạo bản chiếu nghỉ
-Lát gạch granite dày 10mm
-Vữa xi măng lót dày 20mm
-Vữa trát trần dày 15mm
Hình 4.4 Cấu tạo bản chiếu nghỉ
4.3.1Tính tải trọng : a)Tĩnh tải
Bảng 4.1: Tĩnh tải tác dụng lên sàn chiếu nghỉ
Chiều dày Tr.lượng riêng gtc Hệ số n gtt
Lấy hoạt tải tiêu chuẩn theo TCVN 2737-1995 cho cầu thang là p tc = 300 (daN/m 2 ).Vậy hoạt tải tính toán: p tt = n.p tc = 1,2.300 = 360 (daN/m 2 )
4.3.2 Xác định nội lực và tính toán cốt thép :
Nên chọn sơ đồ tính đơn giản cho bản là bản kê bốn cạnh 2 đầu ngàm, 2 đầu khớp Cắt dãy bản rộng 1m và xem như là một dầm:
Tải trọng phân bố đều tác dụng lên dầm q = (g+p).1m (daN/m)
Tuỳ thuộc vào liên kết cạnh bản mà các sơ đồ tính đối với dầm
Bảng 4.2: Bảng tính nội lực và thép sàn chiếu nghỉ Ô2 l 1 l 2 g p h a h 0 A s TT H.lượng ỉ a TT a BT A s CH H.lượng
(m) (m) (N/m 2 ) (N/m 2 ) (mm) (mm) (mm) (cm 2 /m) TT (%) (mm) (mm) (mm) (cm 2 /m) BT (%)
Sơ đồ sàn Hệ số moment
Tính toán các cốn C1 và C2
Hình 4.5 Sơ đồ tính cốn thang
Chiều cao cốn h chọn theo nhịp : hd= 1
Có lc = 3140 (mm), ta chọn md= 13 ( md: là hệ số = (10 13) ) hd= 3140
13 = 242 (mm) Chọn tiết diện cốn là 100x250 (mm)
+ Trọng lượng phần bê tông:
+ Trọng lượng phần vữa trát:
+ Trọng lượng lan can, tay vịn: glc= 1,2.20= 24 (daN/m)
+ Tải trọng do bản thang Ô1 truyền vào ( Bản thang là sàn bản dầm )
2 2 bt s d q − =q l = Trong đó : qbt = 865,3 (daN/m 2 ) đã tính ở Ô1 l1 là chiều dài cạnh ngắn của bản Ô1
+ Tổng tải trọng tác dụng thẳng đứng lên cốn thang: qc = gbt+gvt+qlc+qbt +qs-d = 46,8+13,7+24+497,5X2 (daN/m)
Hình 4.6: Xác định nội lực cốn thang
4.4.4 Tính toán cốt thép : a) Cốt thép dọc :
Chọn vật liệu liệu làm cốn:
- Bêtông B20 có: Rb = 11,5(MPa) = 115(daN/cm 2 )
- Cốt thép ≤ 8: dùng thép CI có: RS = RSC = 225(MPa) = 2250(daN/cm 2 )
- Cốt thép ≥ 8: dùng thép CI có: RS = RSC = 280(MPa) = 2800(daN/cm 2 )
Chọn a= 2,5 cm, chiều cao làm việc của dầm: ho= h–a= 25-2,5",5 (cm)
Tính thép chịu momen dương Mmax= 616,9 (daN.m):
0,106 115.10.22,5 Với bê tông B20, thép CII có R =0, 429
Chọn 1ỉ12 cú As = 1,131 (cm 2 ) làm thộp chịu lực, cốt thộp chịu momen õm đặt theo cấu tạo, chọn 1 ỉ12 cú As = 1,131 ( cm 2 )
1 Tính cốt đai : Tính cốt đai: Qmax = 785,8 (daN)
*Kiểm tra điều kiện tính toán cốt đai:
- Nếu Q max Q b min = b 3 (1 + + f n ) R b h bt o = 0,6.(1 + + f n ) R b h bt o thì không cần tính toán cốt đai mà đặt theo cấu tạo
+ Q bmin là khả năng chịu cắt nhỏ nhất của bê tông + b 3 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của loại bê tông
b 3 =0,6: Đối với bê tông nặng
+ f : hệ số kể đến ảnh hưởng cánh tiết diện chữ T hoặc chữ I khi cánh nằm trong vùng nén Đối với tiết diện hình chữ nhật f =0
+ n =0 vì không có lực nén hoặc kéo
=> Qmax x5,8 (daN) < Qbmin = 1215 (daN) Không cần tính lại cốt đai, bản thân bê tông đã đảm bảo chịu lực cắt
+ Chọn cốt đai theo điều kiện cấu tạo:
- Đoạn gần gối tựa (1/4): Khi h ≤ 450 thì sct = min (h/2, 150mm)
Chọn ỉ6 s0mm, số nhỏnh n=1, Rsw5 MPa
- Đoạn giữa nhịp (1/2) :Khi h≤ 300 thì sct = min (h/2, 150mm)
Chọn ỉ6 s 0mm, số nhỏnh n=1, Rsw5 MPa
*Kiểm tra điều kiện chịu ứng suất nén chính của bêtông dầm: Điếu điện: Qmax≤0,3.φsw1.φbt.Rb.b.ho
Trong đó: - φw1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt đai đặt vuông góc với trục cấu kiện, được xác định theo công thức: φw1 = 1 + 5. w 1,3 w w
s = + = + - φb1: Hệ số xét đến khả năng phân phối lại nội lực của các loại bêtông khác nhau, tính theo công thức:
b 1 = −1 .R b = −1 0, 01.R b = −1 0, 01.11,5 0,8850,3φsw1.φbt.Rb.b.ho=0,3.1,07.0,885.115.10.22,5s51 (daN)>Qmax= 785,8 (daN) Vậy, bê tông không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng do ứng suất nén chính.
Tính dầm chiếu nghỉ (DCN1)
Dầm chiếu nghỉ làm việc như dầm đơn giản hai đầu khớp kê lên tường
Hình 4.7: Sơ đồ tính dầm chiều nghỉ DCN1
4.5.2 Chọn kích thước tiết diện :
Chiều cao tiết diện dầm h chọn theo nhịp : hd= 1 m d ld
Có ld = 2550 (mm), ta chọn md= 12 ( md: là hệ số = (10 13) ) hd= 2550
12 = 212,5 (mm) Chọn tiết diện DCN1 là 200x300 (mm)
4.5.3 Xác định tải trọng : a) Tải trọng phân bố đều :
+ Trọng lượng phần bê tông:
+ Trọng lượng phần vữa trát:
+Tải trọng do bản chiếu nghỉ Ô2 (sàn bản kê 4 cạnh ) truyền vào (dạng hình thang), quy về lực phân bố đều:
Hình 4.8: Sơ đồ truyền tải về DCN1
Tổng tải trọng phân bố tác dụng lên dầm chiếu nghỉ:
+ qcn 1+20+ 408T9(daN/m) b) Tải trọng tập trung do cốn (CT1; CT2) :
Hình 4.9: Sơ đồ tính và biểu đồ nội lực của dầm chiếu nghỉ (DCN1)(q:daN/m; P:daN)
- Momen dương lớn nhất ở giữa dầm là:
-Giá trị lực cắt lớn nhất ở hai gối dầm là:
4.5.5 Tính toán cốt thép a) Cốt thép dọc:
Chọn vật liệu như cốn thang
Chọn a=3 cm, chiều cao làm việc của dầm: ho= h–a= 30-3' (cm)
Tính thép chịu momen dương Mmax27(daN.m):
0,089 115.20.27 Với bê tông B20, thép CII có R =0, 429= m =0, 089 R =0, 429 Đảm bảo điều kiện : m Qmax 13,7 (daN) < Qbmin = 2916 (daN) Không cần tính lại cốt đai, bản thân bê tông đã đảm bảo chịu lực cắt
+ Chọn cốt đai theo điều kiện cấu tạo:
- Đoạn gần gối tựa (1/4): Khi h ≤ 450 thì sct = min (h/2, 150mm)
Chọn ỉ6 s0mm, số nhỏnh n=2, Rsw5 MPa
- Đoạn giữa nhịp (1/2) :Khi h≤ 300 thì sct = min (h/2, 150mm)
Chọn ỉ6 s 0mm, số nhỏnh n=2, Rsw5 MPa
Kiểm tra điều kiện chịu ứng suất nén chính của bêtông dầm yêu cầu rằng Qmax không vượt quá 0,3 nhân với các yếu tố φsw1, φbt, Rb, b, và ho Trong đó, hệ số φw1 được xác định dựa trên ảnh hưởng của cốt đai đặt vuông góc với trục của cấu kiện.
s = + = + - b1: Hệ số xét đến khả năng phân phối lại nội lực của các loại bêtông khác nhau, tính theo công thức:
b 1 = −1 .R b = −1 0, 01.R b = −1 0, 01.11,5 0,8850,3φsw1.φbt.Rb.b.ho=0,3.1,07.0,885.115.20.27641 (daN) > Qmax= 1775 (daN)
Vậy, bê tông không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng do ứng suất nén chính c) Tính cốt treo :
Tại vị trí cốn C1 và C2 kê lên DCN1 cần phải có cốt treo để gia cố Cốt treo đặt dưới dạng cốt đai
Diện tích cốt treo cần thiết là : s
= = Trong đó: hS: khoảng cách từ vị trí đặt lực giật đứt đến trọng tâm tiết diện cốt thép dọc h0: chiều cao làm việc của tiết diện
RSW: cường độ chịu kéo tính toán của cốt đai
Dựng đai ỉ6 hai nhỏnh thỡ số lượng đai cần thiết là : 0,33 0,58
2.0, 283Ta đặt mỗi bờn mộp cốn C1 ( hoặc C2) 1 đai ỉ6.
Tính dầm chiếu nghỉ ( DCN2)
4.6.1 Sơ đồ tính và xác định tải trọng :
Sơ đồ tính toán cho DCN2 khác với DCN1, vì không có tải trọng tập trung từ cốn thang mà thay vào đó là tải trọng từ tường và cửa trên tường truyền xuống Để đơn giản hóa quá trình tính toán, ta coi mảng tường là đặc với chiều cao h = 1,65 - 0,3 = 1,35 m.
Tổng tải trọng do tường tác dụng vào dầm:
= Trong đó: g tc t (daN/m 2 ) : Trọng lượng tiêu chuẩn của 1m 2 tường
( Tường xây 20 bằng gạch ống: g tc t60 (daN/m 2 ) ) nt : hệ số tin cậy, lấy nt= 1,1
St (m 2 ): diện tích mảng tường trên dầm đang xét
= = = Tổng tải trọng phân bố đều lên DCN2 là : q= qcn+ g t t-d = 549 +492,7 = 1041,7 (daN/m)
Sơ đồ tính và nội lực DCN2 được thể hiện trong hình dưới đây:
Hình 4.10: Sơ đồ tính toán và biểu đồ nội lực dầm chiếu nghỉ (DCN2)
(q:daN/m; P:daN) Momen dương lớn nhất ở giữa dầm là:
M = ql = Giá trị lực cắt lớn nhất ở hai gối dầm là: max
4.6.3 Tính toán cốt thép a) Cốt thép dọc:
Chọn vật liệu như cốn thang
Chọn a=3 cm, chiều cao làm việc của dầm: ho= h–a= 30-3' (cm)
Tính thép chịu momen dương Mmax6,7(daN.m):
0,051 115.20.27 Với bê tông B20, thép CII có R =0, 429= m =0, 051 R =0, 429
Chọn 2 ỉ12 cú As= 2,26( cm 2 ) làm thộp chịu lực
Cốt thộp bố trớ ở 2 gối chọn theo cấu tạo: chọn 2 ỉ12 cú As= 2,26 (cm 2 ) (bố trớ đối xứng để thuận thiện cho thi công) b) Tính cốt đai :
Tính cốt đai: Qmax = 1328,2 (daN)
*Kiểm tra điều kiện tính toán cốt đai:
Nếu Q max Q b min = b 3 (1 + + f n ) R b h bt o = 0,6.(1 + + f n ) R b h bt o thì không cần tính toán cốt đai mà đặt theo cấu tạo
+ Q bmin là khả năng chịu cắt nhỏ nhất của bê tông q41,7(daN/m)
+ b 3 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của loại bê tông
b 3 =0,6: Đối với bê tông nặng
+ f : hệ số kể đến ảnh hưởng cánh tiết diện chữ T hoặc chữ I khi cánh nằm trong vùng nén Đối với tiết diện hình chữ nhật f =0
+ n =0 vì không có lực nén hoặc kéo
=> Qmax 28,2 (daN) < Qbmin = 2916 (daN) Không cần tính lại cốt đai, bản thân bê tông đã đảm bảo chịu lực cắt
+Chọn cốt đai theo điều kiện cấu tạo:
- Đoạn gần gối tựa (1/4): Khi h ≤ 450 thì sct = min (h/2, 150mm)
Chọn ỉ6 s0mm, số nhỏnh n=2, Rsw5 MPa
- Đoạn giữa nhịp (1/2) :Khi h≤ 300 thì sct = min (h/2, 150mm)
Chọn ỉ6 s 0mm, số nhỏnh n=2, Rsw5 MPa
Vậy với cốt đai đã đặt như trên thì dầm đủ khả năng chịu cắt
*Kiểm tra điều kiện chịu ứng suất nén chính của bêtông dầm: Điếu điện: Qmax≤0,3.φsw1.φbt.Rb.b.ho Trong đó:
- w1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt đai đặt vuông góc với trục cấu kiện, được xác định theo công thức:
s = + = + - b1: Hệ số xét đến khả năng phân phối lại nội lực của các loại bêtông khác nhau, tính theo công thức:
b 1 = −1 .R b = −1 0, 01.R b = −1 0, 01.11,5 0,8850,3φsw1.φbt.Rb.b.ho=0,3.1,07.0,885.115.20.27641 (daN) > Qmax= 1328,2 (daN)
TÍNH TOÁN KHUNG TRỤC 2
Hệ kết cấu chịu lực và phương pháp tính toán
5.1.1 Hệ kết cấu chịu lực:
Sau khi phân tích các ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của từng loại kết cấu chịu lực, chúng tôi đã quyết định lựa chọn hệ kết cấu khung-lõi cho công trình.
5.1.2 Phương pháp tính toán hệ kết cấu: a) Tải trọng
- Trọng lượng bản thân kết cấu và các loại hoạt tải tác dụng lên sàn, lên mái
- Tải trọng tác dụng lên sàn, kể cả tải trọng các tường ngăn (dày 100mm), thiết bị, tường nhà vệ sinh, thiết bị vệ sinh
- Tải trọng tác dụng lên dầm do sàn truyền vào, do tường bao trên dầm phân bố trên dầm
- Tải trọng gió được tính theo Tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737-1995
- Do chiều cao công trình 48,1m >40m nên căn cứ vào Tiêu chuẩn ta phải tính thành phần động của tải trọng gió
Tải trọng gió được phân bổ theo lực tại các mức sàn, và để xác định nội lực cũng như chuyển vị, phần mềm ETABS 17 được sử dụng Đây là một trong những phần mềm tính toán kết cấu mạnh mẽ và phổ biến hiện nay trong lĩnh vực thiết kế công trình.
ETABS, giống như nhiều phần mềm tính toán kết cấu khác sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, chia hệ chịu lực thành các phần tử nhỏ hơn Các phần tử này được kết nối với nhau thông qua các nút, và ETABS hỗ trợ nhiều loại phần tử chính để mô phỏng hệ kết cấu.
+ SHELL: Phần tử tấm vỏ
Trong bài toán không gian, mỗi nút có 6 thành phần chuyển vị, bao gồm 3 thành phần chuyển vị thẳng và 3 thành phần chuyển vị xoay, tương ứng với 6 bậc tự do Mỗi thành phần chuyển vị được mô tả bằng một phương trình cân bằng Khi hệ kết cấu được chia thành nhiều phần tử nhỏ hơn, số lượng các nút liên kết giữa các phần tử tăng lên, dẫn đến số phương trình cân bằng cũng tăng theo Mặc dù việc nhập dữ liệu và giải bài toán sẽ mất nhiều thời gian hơn, nhưng độ chính xác của kết quả sẽ được cải thiện đáng kể.
- Lấy kết quả nội lực và chuyển vị ứng với từng phương án tải trọng c) Tổ hợp và tính cốt thép.(Theo TCVN)
Sử dụng Microsoft Excel để lập bằng mang lại nhiều lợi ích như tính toán đơn giản, ngắn gọn và dễ sử dụng Chương trình này không chỉ thuận tiện mà còn giúp kiểm tra độ chính xác của kết quả tính một cách hiệu quả.
Sơ bộ chọn các kích thước kết cấu cho công trình
5.2.1 Sơ bộ chọn kích thước sàn
- Chiều dày sàn phụ thuộc vào:
+Chiều dày sàn đã chọn ở phần tính sàn là h d cm
5.2.2 Sơ bộ chọn kích thước dầm
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 các hình dạng như chữ nhật, chữ I, hoặc hình thang.
Thường gặp nhất là dầm có tiết diện chữ T và chữ nhật
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 = 2:4 Chiều cao h thường được chọn trong khoảng 1/8 đến 1/20 của nhịp dầm Khi lựa chọn kích thước b và h, cần xem xét yêu cầu kiến trúc và việc định hình hóa ván khuôn.
2 4 h dc Để thuận tiện thi công ta chọn bd và hd là bội số của 50mm Kích thước tiết diện dầm chọn như sau:
Bảng 5.1: Sơ bộ chọn tiết diện dầm ngang
Loại dầm Nhịp dầm (mm) (1/12)l d (1/8)l d Chọn H d (mm) Chọn b d (mm)
Loại dầm Nhịp dầm (mm) (1/20)l d (1/20)l d Chọn H d (mm) Chọn b d (mm)
Bảng 5.2: Sơ bộ chọn tiết diện dầm dọc
Loại dầm Nhịp dầm (mm) (1/12)l d (1/8)l d Chọn H d (mm) Chọn b d (mm)
Bảng 5.3: Sơ bộ chọn tiết diện dầm phụ
Loại dầm Nhịp dầm (mm) (1/20)l d (1/12)l d Chọn H d (mm) Chọn b d (mm)
+ Với dầm ban công chọn kích thước : 200 x 400 (mm
Hình 5.1: Mặt bằng dầm tầng điểm hình
5.2.3 Sơ bộ chọn kích thước cột: a) Chiều dài và chiều dài tính toán cột
Trong kết cấu khung nhà, chiều dài mỗi cột được xác định từ móng đến mái, nhưng trong tính toán, chỉ xem xét đoạn cột trong mỗi tầng Chiều dài thực của cột, ký hiệu là l, là khoảng cách giữa hai liên kết, những liên kết này có tác dụng ngăn cản chuyển vị ngang của cột.
Chiều dài tính toán của cột, ký hiệu là lo, được xác định dựa trên sơ đồ biến dạng của cột Chiều dài này tương ứng với chiều dài bước sóng khi cột mất ổn định do uốn dọc.
Lo = ψl Ψ là hệ số phụ thuộc vào sơ đồ biến dạng, cũng tức là phụ thuộc vào liên kết ở hai đầu cột
Hình 5.2: Sơ đồ lí tưởng của cột
Hình dáng tiết diện cột thường là chữ nhật, vuông, tròn Cũng có thể gặp cột có tiết diện chữ T, chữ I hoặc vòng khuyên
Việc chọn hình dáng và kích thước tiết diện cột phụ thuộc vào các yêu cầu kiến trúc, kết cấu và thi công Về mặt kiến trúc, cần xem xét các yếu tố thẩm mỹ và công năng sử dụng không gian, từ đó người thiết kế xác định hình dáng cùng kích thước tối đa và tối thiểu cho cột Về kết cấu, kích thước tiết diện cột phải đảm bảo độ bền và ổn định, trong đó tiết diện chữ nhật cần tuân thủ tỷ lệ giữa cạnh lớn và cạnh nhỏ không vượt quá 4.
Trong các công trình nhà nhiều tầng, lực nén trong cột giảm dần từ móng đến mái, do đó cần giảm khả năng chịu lực của cột khi lên cao để tối ưu hóa vật liệu Việc này có thể thực hiện bằng cách giảm kích thước tiết diện cột, giảm lượng cốt thép và giảm mác bê tông.
- Việc chọn hình dáng, kích thước, tiết diện cột dựa vào các yêu cầu về kiến trúc, kết cấu và thi công:
+Về kiến trúc, đó là các yêu cầu về thẩm mỹ, yêu cầu về sử dụng không gian
+Về kết cấu, kích thước tiết diện cột phải đảm bảo độ bền và độ ổn định
Trong thi công, việc lựa chọn kích thước tiết diện cột rất quan trọng để thuận tiện cho quá trình thi công và lắp dựng ván khuôn, cũng như việc đặt cốt thép và đổ bê tông Kích thước tiết diện nên được chọn là bội số của 2, 5 hoặc 10 cm để đảm bảo hiệu quả công việc.
Kích thước tiết diện cột được lựa chọn trong giai đoạn thiết kế cơ sở, thường dựa vào kinh nghiệm thiết kế và các kết cấu tương tự Ngoài ra, có thể thực hiện tính toán sơ bộ dựa trên lực nén N được xác định gần đúng Diện tích tiết diện cột được tính theo công thức A = t × b.
- Rb: cường độ tính toán về nén của bê tông, với bêtông có cấp độ bền là B20 thi
- kt: hệ số xét đến ảnh hưởng khác như mômen uốn, hàm lượng cốt thép, độ mảnh của cột:
• Với cột biên ta lấy kt = 1,3
• Với cột trong nhà ta lấy kt = 1,2
• Với cột góc nhà ta lấy kt = 1,5
-N: lực nén được tính toán gần đúng như sau:
Hình 5.3: Sơ bộ truyền tải của sàn về cột
+ mS: số sàn phía trên tiết diện đang xét
+ FS: diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét
Tải trọng tương đương (q) là giá trị tính toán trên mỗi mét vuông mặt sàn, bao gồm tải trọng thường xuyên và tạm thời từ các yếu tố như tường, dầm và cột, được phân bố đều trên bề mặt sàn Giá trị này thường được xác định dựa trên kinh nghiệm thiết kế.
Nhà có bề dày sàn từ 10 đến 14 cm, bao gồm các lớp cấu tạo mặt sàn, với ít tường và kích thước dầm, cột thuộc loại nhỏ, có tải trọng q = 10:14 kN/m².
Với nhà có bề dày sàn trung bình từ 15:20 cm, tường, dầm, cột là trung bình hoặc lớn q= 15:18 kN/m 2
Với nhà có bề dày sàn khá lớn trên 20 cm, cột và dầm đều lớn thì q có thể đến 20 kN/m 2 hoặc lớn hơn nữa
Khi lựa chọn kích thước tiết diện của cấu kiện, cần xem xét không chỉ khả năng chịu lực mà còn phải đảm bảo tính ổn định, yếu tố kiến trúc và sự thuận tiện trong quá trình thi công.
Bảng 5.4: Sơ bộ chọn tiết diện cột
+ Kích thước của cột sau khi chọn sơ bộ phải kiển tra đảm bảo điều kiện độ ổn định b l 0 0 b
= b ( 0 b 1đối với cột nhà ) Trong đó:- l0:chiều dài tính toán cột Nhà khung nhiều tầng 3 nhịp trở lên l0=0.7H, với H là chiều dài hình học của cột
Chỉ cần kiểm tra các trường hợp với chiều cao tầng khác nhau và tại mỗi độ cao H, ta chỉ cần xem xét một cột có b nhỏ nhất Nếu cột này thỏa mãn điều kiện, thì các cột khác cũng sẽ thỏa mãn.
Cột A 1,6 ; D 1,6 ms Fs(m2) N(KN) kt Ao(m2) h(m) b(m) A chọn
Tầng ms Fs(m2) Tải trọng q
Tầng ms Fs(m2) Tải trọng q
(KN/m2) N(KN) kt Ao(m2) h(m) b(m) A chọn
Tầng ms Fs(m2) Tải trọng q
Tầng ms Fs(m2) Tải trọng q
Tầng ms Fs(m2) Tải trọng q
Ao(m2) h(m) b(m) A chọn Tầng ms Fs(m2) Tải trọng q (m2)
Hình 5.4: Mặt bằng cột tầng 2-12
5.2.4 Chọn sơ bộ tiết diện lõi thang máy
Chiều dày thành vách t được chọn theo điều kiện sau: t
Trong đó, H= 4800: chiều cao lớn nhất của tầng
Chọn chiều dày vách là 300mm.
Tải trọng tác dụng vào công trình và nội lực
5.3.1 Cơ sở xác định tải trọng tác dụng
Việc xác định tải trọng tác dụng lên công trình căn cứ Tiêu chuẩn về tải trọng và tác động 2737-1995:
Tĩnh tải: Giải pháp kiến trúc đã lập, cấu tạo các lớp vật liệu
Hoạt tải sử dụng dựa vào tiêu chuẩn
Hoạt tải gió tính cho tải trọng gió tĩnh
5.3.2 Trình tự xác định tải trọng a) Tĩnh tải tác dụng lên sàn
*Tĩnh tải bản thân phụ thuộc vào cấu tạo các lớp sàn Trọng lượng phân bố đều các lớp sàn cho trong bảng sau:
Tĩnh tải sàn các tầng:
Bảng 5.5: Tĩnh tải sàn nhà
Lớp vật liệu Chiều dày Tr.lượng riêng gtc Hệ số n gtt
(Khi tính tải trọng không cộng Bản BTCT vào vì ETAB đã tính với hệ số vượt tải là 1,1)
Bảng 5.6: Tĩnh tải sàn mái
Lớp vật liệu Chiều dày Tr.lượng riêng gtc Hệ số n gtt
(m) (daN/m 3 ) (daN/m 2 ) (daN/m 2 ) 1.Gạch chống nóng Hạ Long 0.02 1800 36 1.1 39.6
(Khi tính tải trọng không cộng Bản BTCT vào vì ETAB đã tính với hệ số vượt tải là 1,1)
*Trọng lượng tường ngăn và tường bao che trong phạm vi ô sàn
Tường ngăn giữa các khu vực trên mặt bằng có độ dày 100mm, được xây bằng gạch rỗng với trọng lượng riêng = 1500 (daN/m³) Đối với các ô sàn có tường đặt trực tiếp trên sàn mà không có dầm đỡ, tải trọng sẽ được phân bố đều trên sàn Trong trường hợp tường ngăn được đặt trên dầm, trọng lượng của tường sẽ được chuyển đổi thành tải trọng phân bố truyền vào dầm.
Chiều cao tường được xác định: ht = H-hds
Trong đó: ht: chiều cao tường
H: chiều cao tầng nhà hds: chiều cao dầm hoặc sàn trên tường tương ứng
Công thức qui đổi tải trọng tường trên ô sàn về tải trọng phân bố trên ô sàn : tt g t-s= t c t t t v v v c c c i
St (m 2 ): diện tích bao quanh tường, Sc (m 2 ): diện tích cửa nt, nc, nv: hệ số độ tin cậy đối với tường, cửa và vữa trát.(nt= 1,1; nc= 1,3; nv=1,3)
t = 0,1(m): chiều dày của mảng tường
t = 1500(daN/m 3 ): trọng lượng riêng của tường
v = 0,015(m): chiều dày của vữa trát
v = 1600(daN/m 3 ): trọng lượng riêng của vữa trát
c = 25(daN/m 2 ): trọng lượng của 1m 2 cửa
Si(m 2 ): diện tích ô sàn đang tính toán Để tính tải trọng do tường xây truyền lên sàn ta chia ô sàn thành các ô như sau:
Hình 5.5: Mặt bằng phân chia ô sàn tầng 1
❖ Đối với sàn tầng 1 ( chỉ có ô S5, S5’ có tường)
Bảng 5.7: Tĩnh tải các ô sàn tầng 1
Hình 5.6: Mặt bằng phân chia ô sàn tầng 2-12
❖ Đối với sàn tầng 2-12 ( chỉ có ô S4, S5’, S6 có tường)
Bảng 5.8: Tĩnh tải các ô sàn tầng 2-12
TĨNH TẢI Ô SÀN TẦNG 1 g tt t-s g tt s
Kích thước Diện tích St
TĨNH TẢI Ô SÀN TẦNG 2-12 Ô SÀN Kích thước Diện tích Kích thước tường St Sc g tt t-s g tt s g tt
Hình 5.7: Mặt bằng phân chia ô sàn tầng 13 (thượng)
❖ Đối với sàn tầng 11 (tầng thượng) các ô sàn không có tường xây trên sàn, có 2 loại ô sàn là ô sàn nhà và ô sàn mái
Bảng 5.9: Tĩnh tải các ô sàn tầng 13
Hình 5.8: Mặt bằng phân chia ô sàn tầng lưng cote+45,9m
❖ Đối với sàn tầng lửng (cote +45,9m) các ô sàn không có tường xây trên sàn có g tt 3(daN/m 2 )
TĨNH TẢI Ô SÀN TẦNG THƯỢNG Ô SÀN Kích thước Diện tích Kích thước tường St Sc g tt t-s g tt s g tt
Hình 5.9: Mặt bằng phân chia ô sàn tầng mái
❖ Đối với sàn tầng mái các ô sàn không có tường xây trên sàn, có các ô sàn mái không sử dụng có g tt "0(daN/m 2 ) b) Tĩnh tải tác dụng lên dầm :
*Trọng lượng bản thân dầm :
Trọng lượng phần bê tông :
Khai báo hệ số trọng lượng bản thân bằng 1,1 để phần mềm tự tính
- Trọng lượng phần vữa trát của dầm được tính thành tải trọng phân bố lên suốt chiều dài mỗi dầm theo công thức sau:
Trong đó: n : hệ số độ tin cậy n=1.3 v : trọng lượng riêng v 00 (daN/m 3 )
v :chiều dày của lớp trát v =0.015m b : chiều rộng dầm h : chiều cao dầm (từ cốt sàn đến đáy dầm) hb : chiều dày sàn
- Trong công trình các ô sàn lấy chiều dày là 9 cm.( đã chọn ở phần tính bản)
- Kết quả tính toán tải trọng do trọng lượng lớp vữa của dầm ở bảng sau :
Bảng 5.10: Trọng lượng phần vữa trát của các dầm
STT Tên dầm Kích thước dầm q tt
*Tải trọng tường phân bố trên dầm :
+ Nếu hai bên dầm không có cột (hoặc vách), hoặc chỉ có cột (hoăc vách) ở một phía thì cũng xem toàn bộ tải trọng tường truyền xuống dầm
+ Đối với mảng tường có cửa thì tải trọng tường cửa được truyền xuống dầm
Tĩnh tải do trọng lượng tường, cửa tác dụng lên dầm
Tường ngăn xây bằng gạch có g = 1500 (daN/m 3 ), mỗi bức tường cộng thêm
1,5 cm vữa trát (mỗi bên) : có v 00 (daN/m 3 )
Chiều cao tường được xác định: ht = H-hd
Trong đó: ht: chiều cao tường,
H: chiều cao tầng nhà hd: chiều cao dầm trên tường
Trọng lượng tường ngăn trên dầm được qui đổi thành tải trọng phân bố truyền vào dầm
Công thức qui đổi tải trọng tường, cửa, kính trên dầm về tải trọng phân bố trên dầm : g tt = (S -S ).(n δ γ +2.n δ γ )+n S γ t c t t t v v v c c c l d (daN/m)
Sc(m 2 ): diện tích cửa nt, nc, nv: hệ số độ tin cậy đối với tường, cửa và vữa trát.(nt= 1,1; nc 1,3; nv=1,3)
g : chiều dày của mảng tường, bề dày tường hoặc 0 hoặc 0
v : bề dày lớp vữa trát v = 15mm
g = 1500 (daN/m 3 ): trọng lượng riêng của gạch xây tường
c = 25 (daN/m 2 ): trọng lượng của 1m 2 cửa kính ( hoặc vách kính) ld : chiều dài dầm
Bản vẽ bố trí dầm được thể hiện như các hình sau:
Hình 5.10: Mặt bằng bố trí dầm tầng 1
Hình 5.11: Mặt bằng bố trí dầm tầng 2-12
Hình 5.12: Mặt bằng bố trí dầm tầng 13 ( tầng thượng)
Hình 5.13: Mặt bằng bố trí dầm tầng lửng (cao trình 45,9m)
Hình 5.14: Mặt bằng bố trí dầm tầng mái
Tải trọng tường phân bố trên các tầng được thể hiện ở bảng 2.11 đến 2.14, phụ lục 2 b) Hoạt tải
Hoạt tải tiêu chuẩn ptc (daN/m 2 ) lấy theo TCVN 2737-1995
Công trình bao gồm nhiều loại phòng với các chức năng khác nhau Dựa vào từng loại phòng, chúng ta xác định hoạt tải tiêu chuẩn và nhân với hệ số vượt tải n để tính toán hoạt tải ptt (daN/m²).
Tại các ô sàn có nhiều loại hoạt tải tác dụng, ta chọn giá trị lớn nhất trong các hoạt tải để tính toán
Hoạt tải các tầng được thể hiện ở bảng 2.15 đến 2.18, phụ lục 2
5.3.3 Tải trọng gió a) Tải trọng gió tĩnh
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió xác định theo công thức:
Wj= W0.K.C (kN/m 2 ) Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió xác định theo công thức:
Wo: giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng Công trình xây dựng trên TP Đà Nẵng, thuộc vùng II.B có Wo= 0,95(kN/m 2 )
C: hệ số khí động, C= 1,4 K: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao n: hệ số độ tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1,2
Tải trọng qui về thành các lực tập trung theo các phương xác định theo công thức:
Với Si là diện tích mặt đón gió theo phương đang xét
Tải trọng gió tĩnh tác dụng lên các mức sàn được thể hiện ở bảng 2.19, phụ lục 2 b) Thành phần gió động
Công trình cao 48,1 m, vượt quá 40 m, nên cần tính toán thành phần động của tải trọng gió Thành phần động này là phần tăng thêm tác động của tải trọng gió lên công trình đang dao động, do lực quán tính phát sinh từ khối lượng khi công trình chuyển động.
-Thiết lập sơ đồ tính toán động lực:
Sơ đồ tính toán là một thanh console với 13 điểm tập trung khối lượng, được bố trí tương ứng với cao trình trọng tâm của các kết cấu truyền tải trọng ngang trong công trình, cụ thể là sàn các tầng.
+ Giá trị khối lượng tập trung ở các mức trong sơ đồ tính toán bằng tổng khối lượng của các kết cấu chịu lực, kết cấu bao che, trang trí…
Hình 5.15: Sơ đồ tính toán gió động của công trình
-Xác định giá trị tiêu chuẩn của thành phần tĩnh của tải trọng gió lên các phần của công trình (đã tính trong phần gió tĩnh)
Xác định giá trị tiêu chuẩn và giá trị tính toán của thành phần động của tải trọng gió lên các phần tính toán của công trình
- Xác định các đặc trưng động lực:
Lập mô hình kết cấu trong ETABS
Gán đầy đủ các đặc trưng hình học (đặc trưng vật liệu, tiết diện sơ bộ, ) lên mô hình
Tiến hành chất tải lên mô hình, gồm tĩnh tải (TT) và hoạt tải (HT)
Khai báo khối lượng tham gia tính dao động bao gồm: KL = TT 0,5.HT
1,1+ 1,2 Trong đó: 1,1; 1,2: lần lượt là hệ số độ tin cậy của tĩnh tải và hoạt tải
0,5 là hệ số chiết giảm khối lượng của trường hợp hoạt tải chất lên toàn bộ công trình
Bài toán dao động riêng được thực hiện bằng phần mềm ETABS v9.7.1, cho phép xác định các dạng dao động riêng cùng với chu kỳ và tần số tương ứng Những kết quả này là cơ sở để tính toán thành phần động của tải trọng gió và tải trọng động đất.
- Trình tự thao tác trên phần mềm ETABS 17.0.2
Chọn hệ đơn vị cho bài toán: Dùng hệ đơn vị kN-m
Khai báo mô hình khung không gian kết hợp với lõi cứng của công trình trên chương trình Etabs V17.0.2
Tạo ra các đường lưới (Grid) với các khoảng cách (Spacing) nhỏ theo môđun công trình theo 2 phương x, y Hiệu chỉnh đường lưới
Khi khai báo số tầng và chiều cao của từng tầng, bạn cần hiệu chỉnh chiều cao, đặt tên cho từng tầng và chọn chế độ Similar Stories với tầng chủ là tầng 2 Điều này giúp bạn vẽ nhanh chóng các tầng giống nhau.
1 Khai báo đặc trưng vật liệu:
Sử dụng bêtông B20 để thiết kế cho tất cả các cấu kiện
Vào Define/Material Properties/Add New Material
Với bêtông B20, các dữ liệu về đặc trưng vật liệu khai báo vào chương trình Etabs v17.0.2 như sau:
Weight per unit volume 25 Modulus of Elasticity 2,7E7
2 Khai báo tiết diện hình học:
+Khai báo các phần tử dầm:
Vào Define/Frame Sections/Add Rectangular
Section Name Material Depth (t3) Width (t2)
(Nhớ khai bao phần Reinforcement là Beam.) +Khai báo các phần tử cột :
Vào Define/Frame Sections/Add Rectangular
Section Name Material Depth (t3) Width (t2)
+Khai báo phần tử vách và sàn:
Vào Define/Wall-Slab-Deck Section
Name Material Chọn Membrane Bending Type
3 Khai báo trường hợp tải trọng:
Theo Trạng thái Giới hạn thứ II, dao động của công trình được xem là một dạng biến dạng Để tính toán, trọng lượng công trình được xác định là trọng lượng tiêu chuẩn, bao gồm tĩnh tải và phần trăm hoạt tải Hệ số chiết giảm được áp dụng theo TCXD229-1999 là 0,5 cho các công trình dân dụng đang được tính toán.
Vào Define/Static Load Case
Load name Type Self Weight Multiplier
4 Khai báo tải trọng tham gia dao động:
Vào Define/Mass Source-From Self And Specified Mass And Load
Mass Definition Load Name Multiplier
Chọn sàn và gán tĩnh tải cùng với hoạt tải; lưu ý rằng giá trị tĩnh tải không bao gồm trọng lượng bản thân của kết cấu (Tải trọng được lấy từ phần tính toán tải trọng).
6 Gán điều kiện biên cho kết cấu:
Gán liên kết ngàm ở các vị trí móng: Vào Assign/Joint/Point/Restraints Chọn liên kết ngàm
Chọn các sàn: vào Assign/shell-Area/Area Object Mesh Options
Chọn chế độ chia tự động với các khoảng chia cực đại là 1m
Hình 5.16: Cách chia nhỏ phần tử sàn và vách
8 Khai báo sàn tuyệt đối cứng:
Chọn lần lượt các tầng, vào Assign /Shell-Area/Area Diaphragms
9 Khai báo bậc tự do cho phép:
Với trường hợp khai báo
10 Thực hiện tính toán: chạy chương trình
Dựa trên kết quả phân tích từ chương trình tính toán, chúng ta đã xác định được các chế độ dao động và gió động theo tiêu chuẩn TCVN 229:1999 Kết quả này bao gồm việc xuất tải trọng gió động một cách chính xác.
-Công trình có tần số dao động riêng cơ bản thứ s thỏa mãn bất đẳng thức: fs< fL
Để tính toán thành phần động của tải trọng gió với dạng dao động đầu tiên, cần lưu ý rằng công trình xây dựng tại thành phố Đà Nẵng thuộc vùng áp lực gió IIB Theo bảng 2 TCXD 229-1999, tần số giới hạn dao động riêng được xác định là fL=1,3 Hz.
Giá trị tiêu chuẩn của thành phần động do tải trọng gió tác động lên phần thứ j của công trình, với độ cao zj, được tính toán dựa trên công thức xác định cho dạng dao động riêng thứ i.
W p : lực, đơn vị tính toán của WFj trong công thức xác định hệ số i (daN hoặc KN)
MJ: Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j
Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i là một giá trị không thứ nguyên, phụ thuộc vào thông số i và độ giảm loga của dao động Để xác định hệ số này, cần tra cứu trên đồ thị.
= f n : hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, n =1,2
Giá trị của áp lực gió được đo bằng đơn vị N/m², trong đó fi là tần số dao động riêng thứ i và yji là dịch chuyển ngang tỷ đối của trọng tâm phần công trình j ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên Đường cong 1 áp dụng cho các công trình bê tông cốt thép và gạch đá, cũng như các công trình khung thép có kết cấu bao che với δ=0,3 Đường cong 2 được sử dụng cho các công trình tháp, trụ thép, ống khói và các thiết bị dạng cột với δ=0,15.
- Xác định hệ số ψi : xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi mỗi phần có thể coi tải trọng gió là không đổi
Công thức xác định hệ số ψi là : 1
WFj là giá trị tiêu chuẩn của thành phần động lực do tải trọng gió tác động lên phần thứ j của công trình Giá trị này phản ánh các dạng dao động khác nhau khi chỉ xem xét ảnh hưởng của xung vận tốc gió, với đơn vị đo là lực.
+Thành phần WFj được xác định theo công thức:W =W S ζ ν Fj j j j i
j: Hệ số áp lực động của tải trọng gió, ở độ cao ứng với phần thứ j của công trình so với mặt đất không thứ nguyên
WJ: Giá trị tiêu chuẩn của thành phần tĩnh của áp lực gió tác động lên phần thứ j của công trình (đã xác định ở trên)
Diện tích mặt đón gió của phần thứ j của công trình được ký hiệu là Sj Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió, ký hiệu là νi, không thứ nguyên và phụ thuộc vào các tham số ρ và χ Để tính thành phần gió động theo phương X, cần xem xét các yếu tố này một cách chi tiết.
-Các dạng dao động theo phương XOZ:
Bảng 5.11: Các dạng dao động theo XOZ
Tính toán gió động phương X với dạng dao động đầu tiên ( MODE1) -Xác định thành phần động của tải trọng gió với dạng dao động đầu tiên:
+Xác định hệ số tương quan không gian với dạng dao động đầu tiên:
Từ bảng 4 (TCXD 229-1999) ta có υ1= 0,779
Từ ε và tra đồ thị bằng phép nội suy ứng với đường cong 1 (Hình 2 TCVN 229:1999) tìm được hệ số động lực ξ= 1,82
Modal 1 2,04100 f 1 = 1/T 1 0,49 Xét Modal 2 0,63000 f 2 = 1/T 2 1,59 Modal 3 0,33600 f 3 = 1/T 3 2,98 Modal 4 0,21200 f 4 = 1/T 4 4,72
Bảng tổng hợp kết quả tính gió động theo phương X được thể hiện ở bảng 2.20, phụ lục 2 c) Tính thành phần gió động theo phương Y:
-Các dạng dao động theo phương YOZ:
Bảng 5.12: Các dạng dao động theo phương YOZ
Tính toán gió động phương Y với dạng dao động đầu tiên (MODE1)
-Xác định thành phần động của tải trọng gió với dạng dao động đầu tiên:
+Hệ số tương quan không gian:
+Từ bảng 4 (TCXD 229-1999) ta có υ1= 0,675
= f = Từ ε và tra đồ thị bằng phép nội suy ứng với đường cong 1 (Hình 2 TCVN 229:1999) tìm được hệ số động lực ξ= 1,736
Bảng tổng hợp kết quả tính gió động theo phương Y được thể hiện ở bảng 2.20, phụ lục 2
Hình 5.17: Sơ đồ tính khung trục 2
5.4.1 Tính toán cốt thép trong dầm khung
Tính toán cốt thép dầm khung
5.5.1 Tính toán thép dọc a) Tổ hợp nội lực dầm
- Khai báo vào phần mềm các trường hợp tải trọng:
TT: Tĩnh tải HT: Hoạt tải GTX: Gió tĩnh theo phương OX (từ trái sang phải) GTXX: Gió tĩnh theo phương OX (từ phải sang trái)
GTYY: Gió tĩnh theo phương OY ( Từ sau ra trước)
GDX: Gió động dạng dao động theo phương OX GDXX: Gió động dạng dao động theo ngược phương OX GDY: Gió động dạng dao động theo phương OY
GDYY: Gió động dạng dao động đầu tiên theo ngược phương OY
Hình 5.18: Moment trường hợp tĩnh tải, hoạt tải (đơn vị : daN.m)
Hình 5.19: Moment trường hợp Gió X, Gió XX (đơn vị : daN.m)
Hình 5.20: Moment trường hợp Gió Y, Gió YY (đơn vị : daN.m)
Bảng kết quả tổ hợp nội lực dầm khung trục 2 được thể hiện ở bảng 2.21, phụ lục
2 b) Tính thép dọc dầm khung
Kết quả tính thép dầm được thể hiện ở bảng 3.5, phụ lục 3
5.5.2 Tính toán thép đai dầm a) Tổ hợp lực cắt dầm khung trục 2(được thể hiện ở bảng 2.22, phụ lục 2) b) Thép đai dầm khung trục 2(được thể hiện ở bảng 3.6, phụ lục 3)
5.5.3 Tính cốt treo dầm khung a)Tính lực tập trung do dầm phụ truyền lên dầm khung
Hình 5.21: Sơ đồ truyền tải trọng tầng 1 (tại những điểm khoang tròn cần tính toán cốt treo)
Hình 5.22: Sơ đồ truyền tải trọng tầng 2-12 (tại những điểm khoang tròn cần tính toán cốt treo)
Ta chỉ xét tầng 1 và tầng điển hình còn tầng thượng tải trọng nhỏ để đơn giản ta sẽ bố trí giống với các tầng còn lại
Tải trọng truyền từ dầm phụ lên dầm chính thành lực tập trung bao gồm:
+ Trọng lượng bản thân dầm phụ: P = b.h.γ.l /2 bt d (daN);
+ Trọng lượng vữa trát dầm và tường trên dầm: P = g l /2 t-v t-v d (daN);
Tải trọng sàn được truyền lên dầm, bao gồm tĩnh tải và hoạt tải, sẽ được phân bố đều lên dầm phụ và sau đó chuyển thành lực tập trung tác động lên dầm chính.
Tại các vị trí có dầm gác lên dầm khung, việc tính toán cốt treo là cần thiết để tránh hiện tượng giật đứt Chiều cao dầm chính hdcp0 (mm) và chiều cao dầm phụ hdp= 650(mm) gần bằng nhau, do đó, nên sử dụng cốt treo dạng xiên hay còn gọi là cốt vai bò để chịu lực.
Hình 5.23: Sơ đồ tính cốt treo
Từ điều kiện cân bằng ∑Y=0 → P=2.Rsw.Fx.sinγ
2.R sinγ Trong đó: P: là lực tập trung do dâm phụ gác lên dầm chính tính toán lớn nhất P50,32 (daN)
Fx: là diện tích cốt treo
2,9(cm ) 2.R sinγ = 2.225.sin 45 10 Vậy ta bố trí 2 16 có Asw = 4,02 (cm 2 )> Fx=2,9(cm 2 )
Khoảng cách neo thép t được lấy theo cấu tạo như sau:
Tính toán cốt thép khung trục 2
Sau khi nhận được kết quả nội lực từ phần mềm ETABS, chúng ta tiến hành xuất các giá trị nội lực của các phần tử liên quan để phục vụ cho việc tính toán cốt thép.
Nội lực của cột được chọn ở 2 vị trí: đầu cột và chân cột được thể hiện trong :
+ Bảng nội lực cột khung trục 2 + Bảng tổ hợp nội lực cột khung trục 2
Từ bảng nội lực cột tiến hành tổ hợp ta được bảng tổ hợp nội lực khung trục 2
5.6.2 Tính toán cốt thép cột: a) Xác định cặp nội lực tính toán:
Nội lực để tính toán nén lệch tâm xiên được lấy từ kết quả bảng tổ hợp nội lực trong đó quan tâm các bộ ba nội lực sau:
+ Nmax và Mx, My tương ứng
+ Mxmax và N, My tương ứng
Cột Mymax và N, Mx tương ứng được tính toán dựa trên hai mặt cắt: tại chân cột và đầu cột Mỗi tiết diện có ba tổ hợp lực, bao gồm 1 x y, Mx, My Với hai tiết diện của cột, ta có tổng cộng sáu tổ hợp M-N Việc xác định cốt thép cho từng tổ hợp là cần thiết, và giá trị lớn nhất sẽ được chọn để bố trí cốt thép.
Trong thiết kế cột, việc bố trí cốt thép đối xứng theo chu vi giúp đơn giản hóa quá trình tính toán Do đó, chỉ cần xác định giá trị Mxmax và Mymax, là những mômen lớn nhất về giá trị tuyệt đối, mà không cần phân biệt giữa mômen dương và âm.
- Với bài toán không gian, cột được tính toán theo cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên (cột chịu uốn theo cả hai phương)
- Dùng phương pháp gần đúng dựa trên việc biến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương để tính cốt thép
- Xét tiết diện có cạnh là Cx, Cy Điều kiện áp dụng phương pháp gần đúng là: 0,5 Cx 2
Cy , cốt thép đặt theo chu vi, phân bố đều hoặc mật độ cốt thép trên cạnh b có thể lớn hơn
-Xét tiết diện có các cạnh Cx, Cy
Tiết diện chịu lực nén N và mômen uốn Mx, My, cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay, được phân tích qua hai phương uốn Sau khi tính toán, hệ số uốn x và y được xác định, dẫn đến việc gia tăng mômen Mx1.
Tùy thuộc vào mối quan hệ giữa giá trị Mx1, My1 và kích thước các cạnh, chúng ta sẽ áp dụng một trong hai mô hình tính toán theo phương x hoặc y Các điều kiện và ký hiệu được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 5.13: Bảng điều kiện và mô hình tính toán theo phương X và Y
Mô hình Theo phương X Theo phương Y Điều kiện y y x x
M1 = Mx1; M2 = My1 ea = eax + 0.2xeay h = Cy; b = Cx
M1 = My1; M2 = Mx1 ea = eay + 0.2xeax
- Giả thiết chiều dày lớp đệm a, tính h0 = h-a; Z = h - 2.a chuẩn bị các số liệu Rb, Rs, Rsc, R như đối với trường hợp nén lệch tâm phẳng
- Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng x1 b
Xác định hệ số chuyển đổi m0:
- Tính mômen tương đương (đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệch tâm phẳng) b
N e 1 = M Với kết cấu siêu tĩnh e0 = max(e1,ea) e = e + h - a
- Tính toán độ mảnh theo hai phương x o x l
Dựa vào độ lệch tâm e0 và giá trị nén giá trị x1 để phân biệt các trường hợp tính toán
Nén lệch tâm rất bé khi 0
= h tính toán gần như nén đúng tâm
- Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm e :
- Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm:
- Khi ≤ 14 lấy = 1; khi 14R.h0 tính toán theo trường hợp nén lệch tâm bé
- Xác định chiều cao vùng nén: 2 0
- Diện tích toàn bộ cốt thép Ast:
Trong đó: k = 0,4 là hệ số xét đến trường hợp cốt thép đặt toàn bộ
e đồng thời x1 ≤ R.h0 tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn
- Diện tích toàn bộ cốt thép Ast:
Trong đó: k = 0,4 là hệ số xét đến trường hợp cốt thép đặt toàn bộ
- Khi tính được cốt thép, tính tỷ lệ cốt thép: bh 0
Kiển tra điều kiện: min max
Trong đó: min lấy theo độ mảnh r l 0
Bảng 5.14: Bảng giá trị cốt thép tối thiểu r l 0
max : khi cần hạn chế việc sử dụng quá nhiều thép người ta lấy max =3.5%
- Để đảm bảo sự làm việc chung giữa thép và bêtông thường lấy max = 6% c) Đánh giá và xử lý kết quả
- Giá trị Ast tính theo các công thức đã lập có thể là dương, âm, lớn hoặc bé
- Đánh giá mức độ hợp lý bằng tỉ lệ cốt thép s st s A
Tùy theo kết quả tính được mà có cách đánh giá và xử lí như đối với trường hợp nén lệch tâm phẳng
Nếu giá trị Ast < 0, điều này cho thấy kích thước tiết diện quá lớn và không cần thiết phải sử dụng cốt thép Trong trường hợp này, cần xem xét việc giảm kích thước tiết diện hoặc sử dụng vật liệu có cường độ thấp hơn để tính toán lại Nếu không thể giảm kích thước, cần lựa chọn cốt thép theo yêu cầu tối thiểu, được gọi là cốt thép theo yêu cầu cấu tạo, với công thức As = μ min bh 0, trong đó μ min = 1% (đối với cột khung gian).
Khi giá trị Ast < 0, các kết quả trung gian thu được không chính xác và chỉ đóng vai trò như điều kiện tính toán, không phản ánh đúng hoạt động thực tế của tiết diện.
Việc chọn và bố trí cốt thép cần tuân thủ quy định về chiều dày lớp bảo vệ cũng như khoảng hở giữa các cốt thép Sau khi đã bố trí cốt thép, cần xác định lại giá trị a và tính toán lại h0 để đảm bảo tính chính xác và an toàn cho công trình.
Khi so sánh giá trị Za với giá trị h0 đã sử dụng trước đó, nếu Za lớn hơn hoặc bằng h0, điều này cho thấy kết quả có xu hướng an toàn Bên cạnh đó, việc bố trí cốt thép cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính bền vững và an toàn cho công trình.
* Bố trí cốt thép dọc:
- Sau khi tính toán cốt thép xong thì tiến hành chọn thép và bố trí lên bản vẽ
Việc bố trí thép cột tuân theo các yêu cầu cấu tạo cốt thép của cấu kiện chịu nén
- Cốt dọc chịu lực thường dựng cỏc thanh cú đường kớnh ỉữ40mm Khi cạnh tiết diện lớn hơn 200mm nờn chọn ỉ ≥16mm
* Bố trí cốt thép đai:
Cốt đai trong khung buộc là cốt thép ngang, có vai trò quan trọng trong việc giữ vị trí của cốt dọc trong quá trình thi công và duy trì sự ổn định cho cốt dọc chịu nén Đặc biệt, khi cấu kiện phải chịu lực cắt lớn, cốt đai cũng tham gia vào việc chịu lực cắt.
- Đường kớnh cốt đai: ỉđ ≥
max và 5mm Ta chọn ỉđ = 8 mm là thỏa món
- Khoảng cỏch cốt đai: ađ ≤ k.ỉđmin và ao ỉđmin ; ỉmax: đường kớnh cốt thộp dọc chịu lực cắt bộ nhất, lớn nhất
+ Khi Rsc ≤ 400 MPa lấy k = 15 và ao = 500 mm
Rsc> 400 MPa lấy k = 12 và ao = 400 mm
+ Khi toàn bộ tiết diện chịu nén mà t 3% thì k = 10 và a0 = 300mm Trong đoạn nối chồng cốt thộp dọc thỡ ađ ≤10ỉmin
Cốt thép đai phải bao quanh toàn bộ cốt thép dọc để giữ cho chúng không bị phình ra, với yêu cầu các cốt thép dọc tối thiểu cách nhau một thanh tại vị trí uốn của cốt thép đai, không quá 400mm Khi chiều rộng tiết diện không vượt quá 400mm và có tối đa 4 thanh cốt thép dọc trên mỗi cạnh, chỉ cần sử dụng một cốt thép đai duy nhất để bao quanh toàn bộ cốt thép dọc.
- Chiều dài đoạn nối chồng cốt thép lấy theo TCXDVN 356 :2005 : lan = an s an b
Theo TCXDVN 198-1997, thiết kế nhà cao tầng cần chú ý đến các vùng tới hạn của cột, nơi có khả năng xuất hiện khớp dẻo nhất, bắt đầu từ tiết diện ở đầu mút cột.
Chiều cao tiết diện cột cần đạt ≥ 1/6 chiều cao thông thuỷ của tầng và ≥ 450mm Trong vùng này, cốt đai được bố trí dày hơn, với khoảng cách đai không lớn hơn 6 lần đường kính cốt thép dọc và không vượt quá 100mm Chúng ta chọn s0mm cho khoảng cách này.
Hình 5.24: Lực cắt trường hợp Tĩnh Tải, Hoạt Tải (đơn vị : kN)
Hình 5.25: Lực cắt trường hợp GX, GXX (đơn vị : kN)
Hình 5.26: Lực cắt trường hợp GY, GYY (đơn vị : kN)
Kết quả tổ hợp nội lực cột được thể hiện ở bảng 2.23, phụ lục 2
Kết quả tính thép cột khung trục 2 được thể hiện ở bảng 3.7, phụ lục 3.