Thiết kế mái sân vân vận động (coupon, sườn vòng)

Công trình Sân bóng đá Futsal theo tiêu chuẩn Quốc tế trên mặt bằng hình chữ nhật kích thước: 120m x 80m Với kích thước mặt bằng như trên, sinh viên bố trí mặt bằng chung công trình như sau: + Kích thước chính công trình: 100m x 79m + Phía trước công trình lùi vào 15m, phía sau 5m so với 120m kích thước mặt bằng (có thể làm bãi đỗ xe, sảnh đón, các công trình phụ trợ khác, ...) + Hai bên công trình lùi vào 0,5m mỗi bên so với 80m kích thước mặt bằng ( đảm bảo việc thi công khi có công trình bên cạnh nếu có, … ) Bên trong công trình sinh viên bố trí các kính thước và khẩu độ như sau: + Kích thước hệ bao che chính công trình và diện tích sử dụng bên trong: 90m x 68m + Bước cột 10m so với phương dọc, bố trí 2 cửa mỗi bên + Bước 10, 8, 12m so với phương ngang, bố trí một cử chính ở mỗi bên + Cột lùi vào 5,5m theo phương ngang, 5m theo phương dọc so với mặt bằng chính của công trình ( tạo không gian hành lang đi lại, thoát hiểm, ...) + Công năng kích thước sử dụng bao gồm sân Futsal theo chuẩn Quốc tế ( sơ bộ 42m x 25m ), phần còn lại là khán đài và các công trình phụ trợ khác. Hệ mái là dàn không gian ( thõa mãn về kiến trúc), lợp vật liệu nhẹ, bố trí tấm mái di động để lấy sáng khi cần thiết, hệ thống thoát nước, các thiết bị hỗ trợ nhà thi đấu,… Cột, dầm là BTCT, hệ bao che chử dụng vật liệu nhẹ.

THIẾT KẾ GIẢI PHÁP KẾT CẤU BAO CHE CHO SÂN BÓNG ĐÁ

FUSTAL THEO TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ.

Phương án 1: Diện tích đất hình chữ nhật: 120m x 80m

I GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH

1 Đôi nét về công trình và phương án bố trí kiến trúc

- Công trình Sân bóng đá Futsal theo tiêu chuẩn Quốc tế trên mặt bằng hình chữ nhật kích thước: 120m x 80m

- Với kích thước mặt bằng như trên, sinh viên bố trí mặt bằng chung công trình như sau:

- Bên trong công trình sinh viên bố trí các kính thước và khẩu độ như sau:

+ Kích thước hệ bao che chính công trình và diện tích sử dụng bên trong: 90m x 68m

+ Bước cột 10m so với phương dọc, bố trí 2 cửa mỗi bên

+ Bước 10, 8, 12m so với phương ngang, bố trí một cử chính ở mỗi bên + Cột lùi vào 5,5m theo phương ngang, 5m theo phương dọc so với mặt bằng chính của công trình ( tạo không gian hành lang đi lại, thoát hiểm, )

+ Công năng kích thước sử dụng bao gồm sân Futsal theo chuẩn Quốc tế ( sơ bộ 42m x 25m ), phần còn lại là khán đài và các công trình phụ trợ khác

- Hệ mái là dàn không gian ( thõa mãn về kiến trúc), lợp vật liệu nhẹ, bố trí tấm mái di động để lấy sáng khi cần thiết, hệ thống thoát nước, các thiết bị hỗ trợ nhàthi đấu,…

- Cột, dầm là BTCT, hệ bao che chử dụng vật liệu nhẹ

2 Bố trí kết cấu 2.1 Mặt đứng kết cấu

Hình 17: Mặt đứng kết cấu sân bóng đá Fustal

HCN

2.2 Mặt bằng kết cấu

Hình 18: Mặt bằng kết cấu sân bóng đá Fustal HCN

3 Sơ bộ kích thước tiết diện

3.1 Kích thước tiết diện dàn không gian

- Sơ bộ tiết diện thanh cánh thượng: thép ống hàn điện D80x6;

- Sơ bộ tiết diện thanh cánh hạ: thép ống hàn điện D60x6;

- Sơ bộ tiết diện thanh xiên: thép ống hàn điện D60x5;

- Sơ bộ tiết diện thanh đứng đỡ hệ mái: thép ống hàn điện D120x10;

- Sơ bộ tiết diện thanh chống đỡ hệ mái thừa: thép ống hàn điện D100x8;

3.2 Kích thước tiết diện cột, dầm

- Sơ bộ sử dụng cột bê tông cốt thép có tiết diện

- Hệ đỡ mái gồm 4 thanh hội tụ vào đỉnh cột

- Hệ mái bao gồm các cấu trúc có kích thước 2m x 2m x 1,5mhợp lại với nhau, độ vòng trước f = 9m

4 Kết cấu chính và phụ

4.1 Kết cấu chịu lực chính của công trình

Bộ phận chịu lực chính của Công trình là Dàn mái không gianvới các thanh gần bằng nhau tạo thành cấu trúc tinh thể trongmạng lưới thanh; hệ thanh chống liên kết với hê mái bằng các nútcầu tạo thành gối đỡ đặt trên đỉnh cột và cột sẽ truyền tải xuốngmóng

- Kết cấu Dàn mái không gian: Có vai trò tiếp nhận các tảitrọng từ mái tác dụng vào mạng lưới thanh ( các cấu trúc tinhthể ) liên kết với nhau bằng các nút cầu

- Kết cấu đỡ Hệ mái: Những thanh chống dọc sẽ liên kết với hệmái thông qua các nút cầu của hệ, chúng tiếp nhận tải trọng

từ Hệ mái và truyền lên đỉnh cột

- Cột: Cột bê tông cốt thép chịu tải trọng từ các thanh chốngcủa Kết cấu đỡ Hệ mái hội tụ tại đỉnh cột và truyền xuốngmóng

- Kết cấu móng: Móng tại chân cột là liên kết ngàm giữ ổn địnhcho công trình

Cấu trúc tinh thể ( 2m x 2m x1,5m)

Nút cầu điển hình và hình ảnh thực tế

Hệ đỡ mái điển hình

Một số hình ảnh thực tế

4.2 Kết cấu chịu lực phụ của công trình

- Bao gồm: Dầm BTCT, các thanh chống phụ cho Hệ mái

- Dầm: Giữ ổn định cho cột theo phương dọc nhà, phương ngang nhà cùng với cột tạo thành hệ khung ổn định, đồng thời chúng chịu tải trọng từ các hệ bao che để truyền về cột

- Hệ chống phụ: Chịu một phần tải trọng từ Conxon mái đưa ra ngoài

II XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG

Xác định và tính toán dựa theo TCVN 2737-1995

1 Tĩnh tải

a Trọng lượng mái tole, xà gồ, các thiết bị chiếu sáng, mái che di động

- Tải trọng tiêu chuẩn: g m tc50daN m2

- Hệ số độ tin cậy: n1,05

- Tải trọng tính toán: g m tt n g�m tc1,05 50 52,5�  daN m2

b Trọng lượng hệ bao che xung quanh sân bóng đá Fustal

- Tải trọng tiêu chuẩn: g bc tc 15daN m2

- Hệ số độ tin cậy: n1,05

- Tải trọng tính toán: g tt gm n g�gm tc 1,05 15 15, 75�  daN m2

* Khi nhập gán tĩnh tải vào SAP2000, ta sẽ chọn 1 Combo gồm: Dead Load và Tải hoàn thiện

Combo: TT = Dead Load + Tải hoàn thiện

- Tải hoàn thiện là phần tải tính toán tác dụng lên khung

Mô hình Tĩnh tải

2 Hoạt tải sữa chữa

- Tải trọng tiêu chuẩn: p tc 30daN m2

- Hệ số độ tin cậy: n 1.05

- Tải trọng tính toán: p tt n p� tc 1,05 30 31,5�  daN m2

Mô hình Hoạt tải

3 Tải trọng gió

Theo TCVN 2737-1995, công trình có chiều cao H < 40m không kể đến thành phần gió động, thành phần tĩnh được xác định như sau:

- Wo : là áp lực gió tiêu chuẩn, Wo = 83 daN/m2

( Gió thuộc địa hình B, vùng áp lực gió IIA )

- n = 1,2 là hệ số vượt tải

- c: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu

- k: là hệ số phụ thuộc vào sự thay đổi độ cao

3.1 Tính tải trọng gió theo phương Y ( dọc công trình )

- Với H = 20 m => Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực k = 1,13

3.2 Tính tải trọng gió theo phương X ( ngang công trình )

- Dựa vào sơ đồ 5 TCVN 2737-1995, ta tra được hệ số khí động của mặt đón gió

Mô hình Gió Y

Mô hình Gió –Y

III THIẾT LẬP MÔ HÌNH TÍNH

- Sử dụng phần mềm Sap2000 (file đính kèm)

IV PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KẾT CẤU

1 Hệ dàn mái không gian: (D80x6 – D60x6 – D60x5)mm

- Cấu trúc tinh thể gồm các thanh gần bằng nhau, liên kết với nhau bởi một góc cố định tạo thành Hệ mái không gian dạng vòm, sinh viên lựa chọn phương án này bởi vì:

+ Hệ là một hệ bất biến hình bởi nhiều miếng cứng ( các cấutrúc tinh thể ) liên kết với nhau tạo thành: tăng độ cứng cho mái, nâng cao sự an toàn, giảm khả năng phá hoại đột ngột

+ Số nút và số thanh được định hình, thuận tiện cho việc thi công ( khuếch đại tại công trình và thi công bằng phương pháp cẩulắp)

+ Giảm kích thước và trọng lượng các tấm mái nhờ hệ ô lưới

- Độ vòng trước của hệ f = 9m tạo thành hệ vòm đảm bảo khả năng ổn định cũng như độ võng khi vượt nhịp lớn.

- Do các cấu trúc tinh thể đều nhau nên tải trọng tác dụng lên

hệ mái sẽ được truyền đều vào các thanh nên Kết cấu nhẹ hơn

2 Hệ đỡ mái: (D120x10)mm

- Gồm 4 thanh liên kết vào các nút cầu của Hệ mái, chúng hợp với nhau một góc khoảng 35 – 50o đảm bảo việc thanh chịu nén, tránh khả năng gây uốn khi tải trọng lớn

- Các thanh này hội tụ tại đỉnh cột thông qua liên kết truyền tải trọng từ hệ mái về cột

- Các thanh chống phụ bố trí để chịu một phần tải trọng từ phầnmái conxon đưa ra để đảm bảo ổn định

3 Cột BTCT: ( D1000x800)mm

- Cột bố trí lùi vào trong khoảng 5,5m so với hệ mái để tạo ra dạng conxon cho mái, giảm momen cho phần giữa hệ

- Cột BTCT nhằm tăng khả năng chịu nén, chịu các tải trọng từ

hệ mái truyền xuống

4 Dầm BTCT: (D600x300)mm

- Chịu tải trọng từ hệ bao che, có thể là gió truyền vào

- Đảm bảo ổn định cho cột

5 Móng:

- Móng được xem là ngàm bởi

Biểu đồ momen Tĩnh tải M3-M3

Biểu đồ momen Tĩnh tải M2-M2

Biểu đồ momen Hoạt tải M3-M3

Biểu đồ momen Hoạt tải M2-M2

Biểu đồ momen Gió X M3-M3

Biểu đồ momen Gió X M2-M2

Biểu đồ momen Gió Y M3-M3

Biểu đồ momen Gió Y M2-M2

Biểu đồ lực dọc Tĩnh tải

Biểu đồ lực dọc Hoạt tải

Biểu đồ lực dọc Gió X

Biểu đồ lực dọc Gió Y

Phương án 2: Diện tích đất hình tròn, đường kính 100m

I GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH

- Chiều cao từ mặt đất đến đỉnh công trình là 20m

- Hệ mái vòm phẳng với lỗ cửa trời 40m, với mục đích lấy sáng và thôngthoáng Bố trí thêm hệ mái che di động để phục vụ khi cần thiết

- Bố trí hệ thống thoát nước cho mái bằng sân vận động, sử dụng vận liệuchống thấm cho hệ mái tole

2 Bố trí kết cấu

2.1 Mặt đứng kết cấu

Hình 17: Mặt đứng kết cấu sân bóng đá Fustal

2.2 Mặt bằng kết cấu

Hình 17: Mặt bằng kết cấu sân bóng đá Fustal

3 Sơ bộ kích thước tiết diện

3.1 Kích thước tiết diện dàn tam giác và dàn cong

- Sơ bộ tiết diện thanh cánh thượng: thép ống hàn điệnD121x3.5

- Sơ bộ tiết diện thanh cánh hạ: thép ống hàn điện D127x4

- Sơ bộ tiết diện thanh đứng, thanh xiên và thanh dàn phânnhỏ: thép ống hàn điện D90x3.5

- Sơ bộ tiết diện thanh dàn cong: thép ống hàn điện D127x4

3.2 Kích thước tiết diện cột, dầm

- Sơ bộ sử dụng cột tròn bê tông cốt thép có tiết diện D600mm:

- Sơ bộ sử dụng dầm bê tông cốt thép có tiết diện:

600 600 ;

3.3 Kích thước thanh giằng chữ thập và xà gồ

- Sơ bộ tiết diện thanh giằng xiên: sử dụng thép ống hàn điệnD90x3.5

- Sơ bộ tiết diện xà gồ: sử dụng thép hình [ tiết diện 80x40

4 Hệ giằng

4.1 Hệ giằng mái

Bố trí hệ giằng trong mặt phẳng cánh trên:

- Bao gồm thanh chéo chữ thập trong mặt phẳng cánh trên Đảm bảo ổn định cho cánh trên chịu nén của dàn Tạo những điểm cố kết không chuyển vị ra ngoài mặt phẳng uốn.

- Thanh giằng chữ thập bố trí cách khoảng với nhau

4.2 Hệ giằng dàn cong: Theo phương dọc nhà, liên kết các khung ngang.

- Hệ giằng đảm bảo độ cứng dọc nhà và ổn định cho dàn cong liên kết khớp vớimóng

- Hệ giằng chữ thập chia nhỏ chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng của dàncong

5 Kết cấu chính và phụ

5.1 Kết cấu chịu lực chính của công trình

Bộ phận chịu lực chính của Sân vận động là Dàn mái; cột, dàn cong chịu lực truyền tải xuống móng

- Kết cấu dàn mái: Có vai trò tiếp nhận các tải trọng từ máitruyền xuống xột khung và dần cong của khung Liên kết cácthanh trong dàn là liên kết cứng

- Kết cấu dưới mái (cột và dàn cong): Có vai trò tiếp nhận tảitrọng từ dàn mái truyền xuống móng

- Kết cấu móng: Liên kết của kết cấu dưới mái và móng là liênkiết khớp

5.2 Kết cấu chịu lực phụ của công trình

Bao gồm dầm xà gồ, thanh giằng chữ thập và hệ bao che của công trình

- Dầm: Giữ ổn định cho các cột, giúp các cột hoạt động mộtcách bình thường

- Xà gồ: chịu tải trọng từ tấm tole lợp mái và truyền xuống dànmái

- Các thanh giằng chữ thập: Tăng độ cứng cho công trình, tạocác điểm cố kết làm giảm chiều dài tính toán và tăng khảnăng ổn định cho cấu kiện, làm cho việc lắp dựng an toàn vàthuận lợi

- Hệ bao che: gồm tole lợp mái được dập cán tạo múi sóngnhằm tăng độ cứng và các tấm panel bao quanh sân vậnđộng được hàn trực tiếp vào cột khung

II XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG

Xác định và tính toán dựa theo TCVN 2737-1995

1 Tĩnh tải

a Trọng lượng mái tole, xà gồ, các thiết bị chiếu sáng, mái che di động

- Tải trọng tiêu chuẩn: g m tc 50daN m2

- Hệ số độ tin cậy: n1,05

- Tải trọng tính toán: g m tt n g�m tc1,05 50 52,5�  daN m2

b Trọng lượng hệ giằng mái

- Tải trọng tiêu chuẩn: g tc gm 5daN m2

- Hệ số độ tin cậy: n 1.05

- Tải trọng tính toán: g gm tt n g� tc gm 1,05 5 5, 25�  daN m2

2 52,5 5, 25 57,75

c Trọng lượng hệ bao che xung quanh sân bóng đá fustal

- Tải trọng tiêu chuẩn: g bc tc 15daN m2

- Hệ số độ tin cậy: n1,05

- Tải trọng tính toán: g tt gm n g�gm tc 1,05 15 15, 75�  daN m2

* Khi nhập gán tĩnh tải vào SAP2000, ta sẽ chọn 1 Combo gồm: Dead Load và Tải hoàn thiện

Combo: TT = Dead Load + Tải hoàn thiện

Tải hoàn thiện là phần tải tính toán tác dụng lên khung

Mô hình Tĩnh tải

2 Hoạt tải sữa chữa

- Tải trọng tiêu chuẩn: p tc 30daN m2

- Hệ số độ tin cậy: n 1.05

- Tải trọng tính toán: p tt n p� tc 1,05 30 31,5�  daN m2

Mô hình Hoạt tải

3 Tải trọng gió

- Vùng áo lực gió IIA, dạng địa hình B

- Áp lực gió tác dụng lên khung được xác định theo TCVN 2737-1995:

0 W

q n � � �k c (daN/m2);

 Trong đó:

- q: là áp lực gió phân bố đều trên mét dài khung

- : là áp lực gió tiêu chuẩn, =83 (daN/)

- n=1,2 là hệ số vượt tải

- c: là hệ số khí động phụ thuộc vào dạng kết cấu

- k: là hệ số phụ thuộc vào sự thay đổi độ cao, dạng địa hình BTheo TCVN 2737-1995, dựa vào sơ đồ 4 các mặt khuất gió (gió hút) C e 0,5 , xác định hệ số khí động Ce1 (gió đẩy) phụ thuộc vào giá trị: f L

e e

C C

 

�

 

�

Sơ đồ 2 Nhà có mái dốc hai phía:

Sơ đồ 4 Mái vòm kín úp sát đất:

- Với H = 20m (thiên về an toàn, ta lấy điểm cao nhất của khung hồi để tính)

=> Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực k = 1,13

 Tải trọng gió tác dụng vào công trình:

số k

Hệ số khíđộng c

q = n(daN//)

Mô hình Gió trái

Mô hình Gió phải

III THIẾT LẬP MÔ HÌNH TÍNH

- Sử dụng phần mềm Sap2000 (file đính kèm)

IV PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KẾT CẤU

- Sử dụng liên kết khớp cho dàn cong và cột với móng nhằm tăng khả năng ổnđịnh khi làm việc đồng thời, khiến cho tại vị trí liên kết của cột và dàn vớimóng không có Momen chỉ có lực cắt và lực dọc Momen chân cột sẽ tậptrung ở giữa cột và đầu dàn mái phân tán nội lực đảm bảo khả năng ổn địnhcho cột và dàn.

- Sử dụng cột bê tông cốt thép nhằm tăng khả năng chịu nén cho cột

- Khi kết cấu chịu tải trọng theo phương trọng lực (tĩnh tải và hoạt tải,…): vớikết cấu mái thì hệ dàn mái sẽ chịu tải trọng đầu tiên sau đó, cột và dàn congcủa khung và truyền xuống móng; với kết cấu dưới mái khi lực truyền xuốngthì tấm panel sẽ tiếp nhận lực đầu tiên sau đó truyền vào dàn cong và xuốngmóng

Momen TĨNH TẢI

Momen HOẠT TẢI

LỰC DỌC TĨNH TẢI

LỰC DỌC HOẠT TẢI

- Khi kết cấu chịu tải trọng theo phương ngang (gió,…): Khi gió tác dụngphương trùng với phương của một khung bất kì (tạm gọi là khung thứ nhất)thì các khung thứ hai, thứ ba, v.v… còn lại sẽ chịu tải trọng gió lớn hơnkhung thứ nhất, khi đó khung sẽ mất ổn định ngoài mặt phẳng Các thanhgiằng chữ thập trên mái và xung quanh sẽ có tác dụng đảm bảo khoảng cáchlàm việc của các khung là cố định và đồng đều, tăng cường khả năng ổn địnhtổng thể cho toàn khung.

Momen GIO TRÁI

Momen GIO PHẢI

LỰC DỌC GIÓ TRÁI

LỰC DỌC GIÓ PHẢI