THIEÁT KEÁ KHUNG TRUẽC 3

I. CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN CỦA CẤU KIỆN.

Để thiết lập mô hình khung trong Etabs, ta tiến hành sơ bộ chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột, vách của công trình.

1. KẾT CẤU HỆ SÀN.

- Chiều dày sàn chọn dựa trên các yêu cầu:

o Đảm bảo cho giả thiết sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó (để truyền tải ngang, chuyển vị…)

o Yêu cầu cấu tạo: Trong tính toán không xét việc sàn bị giảm yếu do các lỗ khoan treo móc các thiết bị kỹ thuật (ống điện, nước, thông gió,…).

o Hệ kết cấu sàn và chiều dày sàn đã chọn ở phần trước. Hệ sàn sườn toàn khối với chiều dày sàn đã chọn hs = 100mm.

2. SƠ BỘ CHỌN KÍCH THƯỚC HỆ DẦM.

Kích thước tiết diện của hệ dầm đã được xác định ở chương 1, thiết kế sàn điển hình.

3. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CỘT.

Xác định sơ bộ lực dọc truyền lên cột bằng cách lấy tải trọng từ sàn truyền xuống mỗi cột theo 1 diện truyền tải. Gọi diện tích truyền tải tầng thứ i là Si=B.(L1+L2)/2. Ngoài ra còn có trọng lượng bản thân của cột.

Tải trọng tính toán gồm tĩnh tải và hoạt tải là qi lực tác dụng lên cột tại 1 tầng bất kỳ là:

N =Siqi Cột xem như nén đúng tâm: c

b

F = k N R

Trong đó: k = 1.21.5 ( Hệ số an toàn hay tác động gió) Rb = 14500 kN/m2 (B25)

Trên mặt bằng kiến trúc công trình dựa vào diện chịu tải của cột là xấp xỉ nhau và để đơn giản ta chọn một loại cột bố trí cho toàn bộ công trình.

Trong nhà nhiều tầng, theo chiều cao nhà từ móng đến mái lực nén trong cột giảm dần.

Để bảo đảm sự hợp lí về sử dụng vật liệu thì càng lên cao nên giảm khả năng chịu lực của cột. Việc giảm này có thể thực hiện bằng:

o Giảm kích thước tiết diện cột.

o Giảm hàm lượng cốt thép trong cột.

o Giảm cấp độ bền của bêtông.

Trong ba cách trên thì việc giảm cốt thép là đơn giản hơn cả nhưng phạm vi điều chỉnh không lớn. Cách giảm kích thước tiết diện cột là có vẻ hợp lí hơn về mặt chịu lực nhưng làm phức tạp cho thi công và ảnh hưởng không tốt đến sự làm việc tổng thể của ngôi nhà khi tính toán về dao động. Trong luận văn này, kết hợp biện pháp giảm kích thước tiết diện cột cùng với việc giảm hàm lượng cốt thép trong cột khi cột lên cao.

Tuy nhiên, đối với nhà cao tầng khi thay đổi độ cứng của hệ kết cấu theo phương đứng không nên thay đổi một cách đột ngột mà phải thay đổi độ cứng một cách từ từ, giảm dần độ cứng của hệ kết cấu từ dưới lên. Cụ thể như sau:

o Độ cứng của kết cấu ở tầng trên không nhỏ hơn 70% độ cứng kết cấu ở tầng dưới kề nó.

o Nếu có 3 tầng giảm độ cứng liên tục thì tổng mức giảm không vượt quá 50%

độ cứng ban đầu.

o Nếu độ cứng của kết cấu bị thay đổi đột ngột, ví dụ như hệ kết cấu khung ở phía dưới và khung vách ở phía trên. Thì cần có giải pháp kỹ thuật thật đặc biệt để khắc phục ảnh hưởng bất lợi gây ra do sự thay đổi đột ngột độ cứng của hệ kết cấu ( chẳng hạn bố trí sàn chuyển, dầm chuyển… ở vị trí có sự thay đổi độ cứng đột ngột).

Sơ bộ chọn tiết diện cho các cột như sau:

o C1 từ Base đến Story3: bxh=700x700 (mmxmm).

o C1 từ Story3 đến Story6: bxh=600x600 (mmxmm).

o C1 từ Story6 đến Story10: bxh=500x500 (mmxmm).

Ngoài ra, tiết diện các cột vừa chọn phải đảm bảo về độ ổn định, đó là việc hạn chế độ mảnh của cột: b  0  bgh 31

b l 

 .

Trong đó: l0 .l chiều dài tính toán của cột.

: hệ số phụ thuộc vào sơ đồ biến dạng. Với các kết cấu thực tế, hệ số  được lấy trên cơ sở phân tích sơ đồ biến dạng của hệ kết cấu. Đối với nhà nhiều tầng, nhiều nhịp (từ 3 nhịp trở lên) có liên kết cứng giữa dầm và cột,  được lấy như sau:

+ Cột tầng dưới cùng:  =0.7, + Các cột tầng trên: =1.

l: chiều dài thật của cột, là khoảng cách giữa hai liên kết (liên kết có tác dụng ngăn cản chuyển vị ngang của cột).

b: cạnh bé của tiết diện chữ nhật.

Như đã chọn, cạnh bé nhất của các cột là bmin = 300mm, l0 lớn nhất là mm

l

l0max . 3400 . Độ mảnh lớn nhất của cột là:

o 8.5 31

400 3400

min max 0

max     bgh

b

l 



 Các cột đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định.

SVTH :VÕ BÁ NGUYÊN LỚP:08HXD3 TRANG 58

4. KÍCH THƯỚC VÁCH CỨNG.

Tường vách nên có chiều cao chạy suốt từ móng đến mái và có độ cứng không đổi trên toàn bộ chiều cao của nó.

Các lỗ (cửa) trên các vách không được làm ảnh hưởng đến sự làm việc chịu tải của vách và phải có biện pháp cấu tạo tăng cường cho vùng xung quanh lỗ.

Độ dày của thành vách (b) chọn không nhỏ hơn 150mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều cao taàng.

Chọn độ dày thành vách b = 300mm, riêng các vách lõi cầu thang máy chọn chiều dày b = 200mm. Vị trí, kích thước của các vách được thể hiện trên mặt bằng kết cấu sàn.

M2 M1 M2

M1

8000450045008000

25000

8000 7200 7200 8000

30400

8000450045008000 25000

8000 7200 7200 8000

30400

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

A B C D E

A B C D E

Hình 6.1: Mặt bằng định vị cột, vách.

II. SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN.

Sơ đồ tính của công trình là khung không gian. Đối với khung bê tông cốt thép toàn khối, sơ đồ tính là trục của dầm và cột; liên kết giữa cột – móng là liên kết ngàm; liên kết giữa cột – dầm - sàn xem là nút cứng. Cột ngàm tại mặt trên của móng.

III. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG.

Tải trọng tác dụng lên khung bao gồm tải trọng đứng và tải trọng ngang (ở đây chỉ thiết kế công trình chịu tác dụng của tải trọng gió).

1. Tải trọng đứng.

Tải trọng đứng tác dụng lên khung gồm có tải trọng của sàn, cầu thang bộ, cầu thang máy, của bể nước và hoạt tải tác dụng lên sàn.

Dựa vào cấu tạo sàn gồm có bản bê tông cốt thép, các lớp tô trát, gạch lát nền, cũng như chức năng của từng ô bản sàn; căn cứ vào các thông số kỹ thuật của vật liệu và giá trị được qui định trong qui phạm, ta xác định được tải tính toán của ô bản sàn. Riêng trường hợp tĩnh tải không kể vào tải trọng bản thân bê tông cốt thép, mà ta khai báo hệ số Self Weight Multiplier = 1.1 trong khai báo tĩnh tải.

 Tĩnh tải sàn.

Do nhập mô hình bằng phần mền, phần tải trọng bản thân của bê tông do chương trình tự tính nên khi nhập tĩnh tải ta phải trừ đi phần khối lượng bêtông cốt thép đã được mô hình, cụ thể tĩnh tải do các lớp sàn có giá trị như sau.

Bảng 6.1: Giá trị tĩnh tải và hoạt tải sàn tầng điển hình.

ô sàn gtc(kN/m2) ptc(kN/m2) gtt(kN/m2) ptt(kN/m2)

S1 1.33 2 1.69 2.4

S2 1.33 2 1.69 2.4

S3 1.33 2 1.69 2.4

S4 3.15 2 3.77 2.4

S5 1.33 2 1.69 2.4

S6 3.31 2 3.96 2.4

S7 1.33 2 1.69 2.4

S8 5.06 2 5.93 2.4

S9 4.23 2 5.02 2.4

S10 4.78 2 5.93 2.4

S11 3.97 3 4.66 3.6

S12 1.33 3 1.69 3.6

S13 1.33 2 1.69 2.4

S14 1.33 2 1.69 2.4

S15 3.07 2 3.68 2.4

S16 1.33 2 1.69 2.4

Tĩnh tải sàn tầng trệt lấy gần đúng như tầng sàn điển hình.

Tĩnh tải phân bố trên ô sàn tầng mái để nhập vào mô hình là:

gmtt 5.1792.752.43kN/m2

 Tải trọng thường xuyên do tường xây tác dụng lên 1m dầm.

SVTH :VÕ BÁ NGUYÊN LỚP:08HXD3 TRANG 60

Ngoài tải trọng tĩnh phân bố đều trên ô sàn còn có tĩnh tải của tường phân bố trên dầm. Để nhập tải trọng này vào mô hình kết cấu, ta xác định tải trọng tường xây cho 1m daàm.

- Tải trọng tường ngăn (rộng 10 cm, tường cao ht= 3.4m –0.4m = 3.0m) phân bố đều treân daàm:

gdtt1g1tt ht 2.6823.08.05kN/m

- Tải trọng tường ngăn (rộng 20 cm, cao ht=3.4m – 0.6m = 2.8m) phân bố đều trên dầm:

gttd2 g2ttht 4.6622.813.05kN/m

 Ngoài ra, tải trọng đứng còn kể tải trọng do bể nước mái và tải trọng của cầu thang máy tác dụng vào vách của lõi cầu thang. Trong khi thiết lập mô hình, phải nhập phần tải trọng này vào mô hình tính toán.

- Tải hồ nước vào được lấy từ kết quả tính toán hồ nước mái. Cụ thể như sau:

+ Phần tĩnh tải: Ncb = 82.59(kN), Ncg = 105.21(kN).

Trong đó: Ncb, Ncg: là lực dọc tại chân cột biên và cột giữa của hồ nước mái.

+ Phần tải nước: Ncb = 64.38(kN), Ncg = 130.05(kN).

- Tải trọng do thiết bị của thang máy truyền vào vách của lõi cầu thang. Giả thiết tải trọng của cầu thang máy là 40kN, tải trọng này phân bố đều theo chu vi vách (chu vi vách là 6.8m):

gcttt 5.9kN/m 8

. 6

40 



 Hoạt tải sàn:

- Tải trọng tạm thời phân bố lên sàn và cầu thang lấy theo bảng 3 TCVN 2737-1995: đã được xác định ở phần tính toán sàn điển hình.

- Hoạt tải mái, tất cả các ô sàn đều lấy theo một giá trị: pmtt 0.975kN/m2.

- Hoạt tải các ô sàn tầng trệt lấy một cách gần đúng và thiên về an toàn, các ô sàn đều có chung một giá trị hoạt tải: ptrtt 4.8kN/m2.

- Hoạt tải các ô sàn tầng hầm đều lấy chung một giá trị: phtt 6.0kN/m2. Hình 6.4: Hoạt tải phân bố trên sàn tầng điển hình.

2. Tải trọng ngang.

Gồm gió tĩnh và gió động, trước hết ta cần khảo sát các dạng dao động của công trình để phục vụ cho việc tính toán và nhập tải trọng gió tác động lên công trình. Phần này sẽ được đề cập đến trong các phần kế tiếp phần sau (ở đây không kể đến tác động của động đất).

IV. TẢI TRỌNG GIÓ.

Công trình có chiều cao 38.35 m theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 thì khi xét tải trọng gió ta phải xét hai thành phần: gió tĩnh .

Cơ sở tính toán:

Tải trọng gió được tính toán theo:

- TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động.

- TCXD 229 – 1999: Hướng dẫn xác định thành phần động của tải trọng gió.

Với áp lực gió cơ bản 0.83 kN/m2(Tp HCM – vùng IIA).

Tổng lực gió = Hệ số lực x Áp lực gió tính toán x Diện tích chịu gió hiệu quả 1. GIÓ TĨNH.

Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió Wjtc tại điểm j ứng với độ cao Zj, so với mốc chuẩn là cốt 0.000 (mặt đất tự nhiên) công thức tính như sau:

c k W

Wjtc  0 zj (kN/m2) Trong đó:

 W0: Giá trị áp lực gió Tiêu Chuẩn. Công trìh xây dựng ở Tp.Hồ Chí Minh thuộc vùng II–A. (Tra Bảng TCVN2737-1995 ).

Ta được: W0 = 0.83(kN/m2)

 K(zj): Hệ số liên quan đến sự thay đổi theo chiều cao của áp lực gió được chỉ rõ trong Bảng 5 của TCVN2737 (Địa hình: C- bị che phủ).

 C: Hệ số khí động:

+ phía đón gió: Cđón = 0.8;

+ phía khuất gió: Chút = -0.6.

Lực tính toán phân bố tác dụng lên từng tầng thứ j của công trình:

2 / ) .(

.  1

 jtc j j

tt

j W h h

W  (kN/m).

Lực gió tĩnh tính toán tổng cộng tác dụng lên tầng thứ j của công trình:

2 / ) .(

.

.  1

 jtc X j j

tt

Xj W B h h

F  (kN).

2 / ) .(

.

.  1

 jtc Y j j

tt

Yj W B h h

F  (kN).

 BY, BX là bề rộng đón gió của công trình theo phương X và Y.

  = 1.2: hệ số tin cậy (giả định công trình dùng 50 năm).

 hj, hj+1: chiều cao tầng nhà của hai tầng liền kề.

Các giá trị gió tĩnh theo từng phương tác dụng lên từng tầng của công trình được quy về tải phân bố đều theo đơn vị dài. Các tải trọng này được gán vào mô hình tính toán thông qua các dầm biên của sàn. Tuỳ theo có sự lệch tâm giữa tâm cứng và tâm đón gió (đối với gió tĩnh) hay không mà có xét đến hay không xét đến mômen xoắn phát sinh do leọch taõm.

Bảng 6.5: Kết quả tính toán Wj .

Taàng cao

độ(m) W0(kN/m2) chiều cao đón gió (m) Kzi

C Wjtt(kN/m)

đón gió Khuất gió Đón gió Khuất gió

1 1.35 0.83 3.05 0.29 0.8 0.6 0.705 0.529

2 4.75 0.83 3.4 0.53 0.8 0.6 1.436 1.077

3 8.15 0.83 3.4 0.62 0.8 0.6 1.68 1.26

4 11.55 0.83 3.4 0.69 0.8 0.6 1.869 1.402

5 14.95 0.83 3.4 0.74 0.8 0.6 2.005 1.504

6 18.35 0.83 3.4 0.78 0.8 0.6 2.113 1.585

7 21.75 0.83 3.4 0.82 0.8 0.6 2.221 1.666

8 25.15 0.83 3.4 0.85 0.8 0.6 2.303 1.727

9 28.55 0.83 3.4 0.88 0.8 0.6 2.384 1.788

SVTH :VÕ BÁ NGUYÊN LỚP:08HXD3 TRANG 62

10 31.95 0.83 3.4 0.91 0.8 0.6 2.465 1.849

V. KHAI BÁO CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG.

Bảng 6.13: Các trường hợp tải trọng tính toán.

TT Tải trọng Loại Ý nghĩa

1 TT Dead Tĩnh tải và trọng lượng bản thân.

2 HT1 Live Hoạt tải cách tầng cách nhịp lẻ.

3 HT2 Live Hoạt tải cách tầng cách nhịp chẵn.

4 GIÓX Wind Gió tĩnh phương X + Gió động phương X.

5 GIÓXX Wind Gió tĩnh phương(- X) + Gió động phương (-X).

6 GIÓY Wind Gió tĩnh phương Y + Gió động phương Y.

7 GIÓYY Wind Gió tĩnh phương (-Y) + Gió động phương (-Y).

VI. CẤU TRÚC TỔ HỢP TẢI TRỌNG.

Bảng 6.14: Các tổ hợp tải trọng tính toán.

Tổ hợp Thành phần Kiểu tổ hợp

Comb 1 TT + HT1 ADD

Comb 2 TT + 0.9(HT1 + GIÓ X) ADD

Comb 3 TT + 0.9(HT1 + GIÓ XX) ADD

Comb 4 TT + 0.9(HT1 + GIÓ Y) ADD

Comb 5 TT + 0.9(HT1 + GIÓ YY) ADD

Comb 6 TT + HT2 ADD

Comb 7 TT + 0.9(HT2 + GIÓ X) ADD

Comb 8 TT + 0.9(HT2 + GIÓ XX) ADD

Comb 9 TT + 0.9(HT2 + GIÓ Y) ADD

Comb 10 TT + 0.9(HT2 + GIÓ YY) ADD

BAO MAX,MIN (Comb1,…Combn,…,comb10) ENVE