Tính toán công trình Nhà chung cư 11 tầng Lô CT5_Mĩ Đình II; xây dựng chương trình Hỗ trợ thiết kế sàn Bê tông cốt thép phằng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN TIN HỌC XÂY DỰNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên : Nguyễn Huy Việt Mã sinh viên : 110.47 Lớp : 47TH2 Ngành : Tin học xây dựng dân dụng và công nghiệp. Tên đề tài:Tính toán công trình “Nhà chung cư 11 tầng Lô CT5_Mĩ Đình II”; xây dựng chương trình Hỗ trợ thiết kế sàn Bê tông cốt thép phằng Nội dung đề tài: Tính Toán công trình nhà cao tầng Lô CT5 Khu đô thị mới Mĩ Đình II Xây dựng chương trình Hỗ trợ thiết kế Sàn bê tông cốt thép phẳng Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn phần chuyên môn xây dựng: PGS.TS Lý Trần Cường (Bộ môn Công trình bê tông cốt thép) Giáo viên hướng dẫn phần tin học: GVC. Nguyễn Phú Quảng (Bô môn Tin học xây dựng) Thời gian: Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành nhiệm vụ đồ án: 31/5/2007 XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN CHUYÊN MÔN XÂY DỰNG PHẦN TIN HỌC PGS.TS. LÝ TRẦN CƯỜNG GVC. NGUYỄN PHÚ QUẢNG LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập và rèn luyện dưới mái trường Đại học Xây dựng, được sự dạy dỗ và chỉ bảo tận tình chu đáo của các thầy, các cô trong trường mà em đã tích luỹ được các kiến thức cần thiết về ngành nghề bản thân em đã lựa chọn. Sau 15 tuần làm đồ án tốt nghiệp, được sự hướng dẫn của Bộ môn Công trình Bê tông cốt thép và Bộ môn Tin học Xây dựng, em đã hoàn thành Đồ án thiết kế đề tài: “Chung cư CT5 – khu đô thị Mỹ Đình II”. Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong trường, đặc biệt là thầy Lý Trần Cường và thầy Nguyễn Phú Quảng đã trực tiếp hướng dẫn em tận tình trong quá trình làm đồ án. Do còn nhiều hạn chế về kiến thức, thời gian và kinh nghiệm nên Đồ án của em không tránh khỏi những khiếm khuyết và sai sót. Em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy cô để em có thể hoàn thiện hơn trong quá trình công tác sau này. Hà nội,ngày 31 tháng 05 năm 2007 Sinh viên thiết kế ĐẬU MINH TUẤN KIẾN TRÚC GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH Tên công trình Nhà ở chung cư CT5 - khu đô thị mới Mỹ Đình. Giới thiệu chung Giới thiệu chung Hiện nay, công trình kiến trúc cao tầng đang được xây dựng khá phổ biến ở Việt Nam với chức năng phong phú: nhà ở, nhà làm việc, văn phòng, khách sạn, ngân hàng, trung tâm thương mại. Những công trình này đã giải quyết được phần nào nhu cầu nhà ở cho người dân cũng như nhu cầu cao về sử dụng mặt bằng xây dựng trong nội thành trong khi quỹ đất ở các thành phố lớn của nước ta vốn hết sức chật hẹp. Công trình xây dựng “Nhà chung cư CT5 - Khu đô thị mới Mỹ Đình” là nhằm một phần thực hiện mục đích này. Nhằm mục đích phục vụ nhu cầu ở và sinh hoạt nghỉ ngơi của người dân, nhà chung cư CT5 được xây dựng kết hợp với các công trình khác như siêu thị, chợ, sân vận động, trung tâm hành chính, tạo thành một khu đô thị mới. Do đó, kiến trúc công trình không những đáp ứng được đầy đủ các công năng sử dụng mà còn phù hợp với kiến trúc tổng thể khu đô thị nơi xây dựng công trình và phù hợp với qui hoạch chung của thành phố. Công trình CT5 gồm 10 tầng & 1 tầng áp mái, diện tích sàn tầng1là1356 m2, diện tích sàn tầng 2 là 1588 m2, diện tích sàn tầng điển hình 1038 m2, tổng diện tích 17476 m2. Tầng 1 với phần lớn là các cửa hàng kiốt, ngoài ra là ban quản lý, bảo vệ, nhà để xe... Các tầng còn lại với 9 căn hộ mỗi tầng, các căn hộ đều khép kín với 3-4 phòng, diện tích 1 căn hộ 84-127,5 m2. Toàn bộ công trình khi hoàn thành sẽ đáp ứng được cho 99 căn hộ, mỗi căn hộ có thể ở từ 3-6 người. Công trình có mặt bằng 20,4 mx 56,4m Tầng 1 và tầng 2 cao 4,2m tầng 3 đến tầng 10 cao 3,5m Tầng 3 đến tầng 10 cao 3,5m Tầng áp mái cao 3,44m Chiều cao tầng 10 (kể cả tầng áp mái) 39,840m tính từ cốt tự nhiên đến đỉnh mái Địa điểm xây dựng Lô CT5 Khu đô thị mới Mỹ Đình II - Hà Nội. Công trình nằm ở phía Đông-Bắc của khu đô thị, phía Nam giáp đường vành đai của khu đô thị, phía Tây giáp đường giao thông vào trung tâm khu đô thị, phía Đông-Bắc là khu đất chưa xây dựng nằm trong diện qui hoạch. CÁC GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC CỦA CÔNG TRÌNH Giải pháp mặt bằng Mặt bằng của công trình là 1 đơn nguyên liền khối gần đối xứng qua trục giữa, riêng nhịp 4-10 phía trục A nhô ra 2,4m, nhịp 4-10 phía trục D thụt vào 0,7m. Sự thay đổi này tạo nên sự nhịp nhàng trong mặt bẵng kiến trúc và tăng diện tiếp xúc của công trình với thiên nhiên. Công trình gồm 10 tầng&1 tầng áp mái. Tầng 1 gồm nhà để xe, sảnh dẫn lối vào, các phòng bảo vệ và quản lý, khu kiốt bán hàng, khu dịch vụ, trạm điện và trạm bơm. Tầng 2 đến là tầng dịch vụ văn phòng cho thuê: như ngân hàng,siêu thị … Tầng 3 đến tầng 10 là các tầng dùng để ở, mỗi tầng gồm 9 căn hộ, mỗi căn hộ có 1 phòng khách, 3-4 phòng ngủ, phòng vệ sinh, phòng tắm, phòng ăn và bếp nấu. Riêng tầng 2 có thêm hệ mái bê tông cốt thép của khu kiốt tầng 1. Tầng 11 là tầng áp mái, không có người ở. Trên nữa là hệ mái lợp tôn và mái bằng bêtông cốt thép có lớp chống nóng, cách nhiệt và bể chứa nước. Để tận dụng cho không gian ở và giảm diện tích hành lang, kiến trúc sư bố trí 1 hành lang nằm giữa 2 dãy phòng chạy song song dọc công trình. Đảm bảo giao thông theo phương đứng bố trí 1 thang máy và 1 thang bộ giữa nhà, đồng thời đảm bảo việc di chuyển người khi có hoả hoạn sảy ra công trình bố trí thêm 2 cầu thang bộ cuối hành lang. Mỗi căn hộ có diện tích sử dụng 94-129,4m2 bao gồm 1 phòng khách, 3-4 phòng ngủ, phòng ăn + bếp, khu vệ sinh. Giải pháp mặt đứng Mặt đứng thể hiện phần kiến trúc bên ngoài của công trình, góp phần để tạo thành quần thể kiến trúc, quyết định đến nhịp điệu kiến trúc của toàn bộ khu vực kiến trúc. Nhà CT5 gồm 3 mặt đứng giáp với các đường giao thông trong khu chung cư, mặt còn lại giáp với các nhà CT6. Mặt đứng công trình được trang trí trang nhã với hệ thống ban công và cửa sổ mở ra không gian rộng tạo cảm giác thoáng mát, làm tăng tiện nghi tạo cảm giác thoải mái cho người sử dụng. Mặt đứng phía trước, phía sau có sự thay đổi kích thước theo phương ngang mang tính đối xứng vừa tạo thêm không gian ở vừa tránh sự đơn điệu theo 1 chiều. Đồng thời toàn bộ các phòng đều có ban công nhô ra phía ngoài, các ban công này đều thẳng hàng theo tầng tạo nhịp điệu theo phương đứng. Giải pháp cung cấp điện Dùng nguồn điện được cung cấp từ thành phố, công trình có trạm biến áp riêng, ngoài ra còn có máy phát điện dự phòng. Hệ thống chiếu sáng đảm bảo độ rọi từ 20 ¸ 40 lux. Đặc biệt là đối với hành lang giữa cần phải chiếu sáng cả ban đêm và ban ngày để đảm bảo giao thông cho việc đi lại. Toàn bộ các căn hộ đều có đường điện ngầm và bảng điện riêng. Đối với các phòng có thêm yêu cầu chiếu sáng đặc biệt thì được trang bị các thiết bị chiếu sáng cấp cao. Trong công trình các thiết bị cần thiết phải sử dụng đến điện năng : Các loại bóng đèn: Đèn huỳnh quang, đèn sợi tóc, đèn đọc sách, đèn ngủ. Các loại quạt trần, quạt treo tường, quạt thông gió. Máy điều hoà cho một số phòng. Các bảng điện, ổ cắm, công tắc được bố trí ở những nơi thuận tiện, an toàn cho người sử dụng, phòng tránh hoả hoạn trong quá trình sử dụng. Phương thức cấp điện Toàn công trình cần được bố trí một buồng phân phối điện ở vị trí thuận lợi cho việc đặt cáp điện ngoài vào và cáp điện cung cấp cho các thiết bị sử dụng điện bên trong công trình. Buồng phân phối này được bố trí ở phòng kỹ thuật. Từ trạm biến thế ngoài công trình cấp điện cho buồng phân phối trong công trình bằng cáp điện ngầm dưới đất. Từ buồng phân phối điện đến các tủ điện các tầng, các thiết bị phụ tải dùng cáp điện đặt ngầm trong tường hoặc trong sàn. Trong buồng phân phối, bố trí các tủ điện phân phối riêng cho từng tầng của công trình, như vậy để dễ quản lí, theo dõi sự sử dụng điện trong công trình. Bố trí một tủ điện chung cho các thiết bị, phụ tải như: trạm bơm, điện cứu hoả tự động, thang máy. Dùng Aptomat để khống chế và bảo vệ cho từng đường dây, từng khu vực, từng phòng sử dụng điện. Hệ thống chống sét và nối đất. Hệ thống chống sét gồm: kim thu lôi, hệ thống dây thu lôi, hệ thống dây dẫn bằng thép, cọc nối đất, tất cả được thiết kế theo đúng qui phạm hiện hành. Toàn bộ trạm biến thế, tủ điện, thiết bị dùng điện đặt cố định đều phải có hệ thống nối đất an toàn, hình thức tiếp đất : dùng thanh thép kết hợp với cọc tiếp đất. Giải pháp cấp thoát nước Cấp nước: Nguồn nước: Nước cung cấp cho công trình được lấy từ nguồn nước thành phố. Cấp nước bên trong công trình. Theo qui mô và tính chất của công trình, nhu cầu sử dụng nước như sau: Nước dùng cho sinh hoạt, giặt giũ; Nước dùng cho phòng cháy, cứu hoả; Nước dùng cho điều hoà không khí. Để đảm bảo nhu cầu sử dụng nước cho toàn công trình, yêu cầu cần có 2 bể chứa nước 500m3. Giải pháp cấp nước bên trong công trình: Sơ đồ phân phối nước được thiết kế theo tính chất và điều kiện kĩ thuật của nhà cao tầng, hệ thống cấp nước có thể phân vùng tương ứng cho các khối. Đối với hệ thống cấp nước có thiết kế, tính toán các vị trí đặt bể chứa nước, két nước, trạm bơm trung chuyển để cấp nước đầy đủ cho toàn công trình. Thoát nước bẩn. Nước từ bể tự hoại, nước thải sinh hoạt, được dẫn qua hệ thống đường ống thoát nước cùng với nước mưa đổ vào hệ thống thoát nước có sẵn của khu vực. Lưu lượng thoát nước bẩn : 40 l/s. Hệ thống thoát nước trên mái, yêu cầu đảm bảo thoát nước nhanh, không bị tắc nghẽn. Bên trong công trình, hệ thống thoát nước bẩn được bố trí qua tất cả các phòng, là những ống nhựa đứng có hộp che. Vật liệu chính của hệ thống cấp , thoát nước. Cấp nước: Đặt một trạm bơm nước ở tầng kĩ thuật, trạm bơm có 2-3 máy bơm đủ đảm bảo cung cấp nước thường xuyên cho các phòng, các tầng. Những ống cấp nước : dùng ống sắt tráng kẽm có D = (15- 50) mm, nếu những ống có đường kính lớn hơn 50mm, dùng ống PVC áp lực cao. Thoát nước: Để dễ dàng thoát nước bẩn, dùng ống nhựa PVC có đường kính 110mm hoặc lớn hơn, đối với những ống đi dưới đất dùng ống bê tông hoặc ống sành chịu áp lực. Thiết bị vệ sinh tuỳ theo điều kiện mà áp dụng các trang thiết bị cho phù hợp, có thể sử dụng thiết bị ngoại hoặc nội có chất lượng tốt, tính năng cao. Giải pháp thong gió Công trình được đảm bảo thông gió tự nhiên nhờ hệ thống hành lang,mỗi căn hộ đều có ban công, cửa sổ có kích thước, vị trí hợp lí. Công trình có hệ thống quạt đẩy, quạt trần, để điều tiết nhiệt độ và khí hậu đảm bảo yêu cầu thông thoáng cho làm việc, nghỉ ngơi. Tại các buồng vệ sinh có hệ thống quạt thông gió. Giải pháp phòng cháy chữa cháy Giải pháp phòng cháy, chữa cháy phải tuân theo tiêu chuẩn phòng cháy- chữa cháy cho nhà cao tầng của Việt Nam hiện hành. Hệ thống phòng cháy- chữa cháy phải được trang bị các thiết bị sau: Hộp đựng ống mềm và vòi phun nước được bố trí ở các vị trí thích hợp của từng tầng. Máy bơm nước chữa cháy được đặt ở tầng kĩ thuật. Bể chứa nước chữa cháy. Hệ thống chống cháy tự động bằng hoá chất. Hệ thống báo cháy gồm : đầu báo khói, hệ thống báo động. Giải pháp giao thông trong công trình Là phương tiện giao thông theo phương đứng của toàn công trình. Công trình có 1 thang máy dân dụng gồm 2 buồng phục vụ cho tất cả các tầng. Đồng thời để đảm bảo an toàn khi có hoả hoạn xảy ra và đề phòng thang máy bị hỏng hóc công trình được bố trí thêm 3 thang bộ. CÁC GIẢI PHÁP KÝ THUẬT CỦA CÔNG TRÌNH Hệ thống điện Hệ thống điện cho toàn bộ công trình được thiết kế và sử dụng điện trong toàn bộ công trình tuân theo các nguyên tắc sau: Đặt ở nơi khô ráo, với những đoạn hệ thống điện đặt gần nơi có hệ thống nước phải có biện pháp cách nước. Tuyệt đối không đặt gần nơi có thể phát sinh hỏa hoạn. Dễ dàng sử dụng cũng như sửa chữa khi có sự cố. Phù hợp với giải pháp Kiến trúc và Kết cấu để đơn giản trong thi công lắp đặt, cũng như đảm bảo thẩm mỹ công trình. Hệ thống điện được thiết kế theo dạng hình cây. Bắt đầu từ trạm điều khiển trung tâm , từ đây dẫn đến từng tầng và tiếp tục dẫn đến toàn bộ các phòng trong tầng đó. Tại tầng hầm còn có máy phát điện dự phòng để đảm bảo việc cung cấp điện liên tục cho toàn bộ khu nhà. Hệ thống nước Sử dụng nguồn nước từ hệ thống cung cấp nước của Thành phố được chứa trong bể ngầm riêng sau đó cung cấp đến từng nơi sử dụng theo mạng lưới được thiết kế phù hợp với yêu cầu sử dụng cũng như các giải pháp Kiến trúc, Kết cấu. Tất cả các khu vệ sinh và phòng phục vụ đều được bố trí các ống cấp nước và thoát nước. Đường ống cấp nước được nối với bể nước ở trên mái. Tại tầng hầm có bể nước dự trữ và nước được bơm lên tầng mái. Toàn bộ hệ thống thoát nước trước khi ra hệ thống thoát nước thành phố phải qua trạm xử lý nước thải để nước thải ra đảm bảo các tiêu chuẩn của ủy ban môi trưòng thành phố Hệ thống thoát nước mưa có đường ống riêng đưa thẳng ra hệ thống thoát nước thành phố. Hệ thống nước cứu hỏa được thiết kế riêng biệt gồm một trạm bơm tại tầng hầm, một bể chứa riêng trên mái và hệ thống đường ống riêng đi toàn bộ ngôi nhà. Tại các tầng đều có các hộp chữa cháy đặt tại hai đầu hành lang, cầu thang. Hệ thống giao thông nội bộ công trình Toàn bộ công trình có một sảnh chung làm hành lang thông phòng, 3 cầu thang bộ phục vụ giao thông nội bộ gữa các tầng và hai cầu thang máy phục vụ cho việc giao thông lên cao. Các cầu thang được thiết kế đúng nguyên lý kiến trúc đảm bảo lưu thông thuận tiện cả cho sử dụng hàng ngày và khi xảy ra hoả hoạn. Hệ thống thông gió chiếu sang Công trình được thông gió tự nhiên bằng các hệ thống cửa sổ, khu cầu thang và sảnh giữa được bố trí hệ thống chiếu sáng nhân tạo. Tất cả các hệ thống cửa đều có tác dụng thông gió cho công trình. Do công trình nhà ở nên các yêu cầu về chiếu sáng là rất quan trọng. Phải đảm bảo đủ ánh sáng cho các phòng. Chính vì vậy mà các căn hộ của công trình đều được được bố trí tiếp giáp với bên ngoài đảm bảo chiếu sáng tự nhiên. Hệ thống phòng cháy chữa cháy Thiết bị phát hiện báo cháy được bố trí ở mỗi tầng và mỗi phòng, ở nơi công cộng những nơi có khả năng gây cháy cao như nhà bếp, nguồn điện. Mạng lưới báo cháy có gắn đồng hồ và đèn báo cháy. Mỗi tầng đều có bình đựng Canxi Cacbonat và axit Sunfuric có vòi phun để phòng khi hoả hoạn. Các hành lang cầu thang đảm bảo lưu lượng người lớn khi có hỏa hoạn. 1 thang bộ được bố trí cạnh thang máy, 2 thang bộ bố trí 2 đầu hành lang có kích thước phù hợp với tiêu chuẩn kiến trúc và thoát hiểm khi có hoả hoạn hay các sự cố khác. Các bể chứa nước trong công trình đủ cung cấp nước cứu hoả trong 2 giờ. Khi phát hiện có cháy, phòng bảo vệ và quản lý sẽ nhận được tín hiệu và kịp thời kiểm soát khống chế hoả hoạn cho công trình. ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU THỦY VĂN Công trình nằm ở Hà Nội, nhiệt độ bình quân trong năm là 270C, chênh lệch nhiệt độ giữa tháng cao nhất (tháng 4) và tháng thấp nhất (tháng 12) là 120C. Thời tiết chia làm hai mùa rõ rệt : Mùa nóng (từ tháng 4 đến tháng 11), mùa lạnh (từ tháng 12 đến tháng 3 năm sau). Độ ẩm trung bình 75% - 80%. Hai hướng gió chủ yếu là gió Tây-Tây Nam và Bắc - Đông Bắc, tháng có sức gió mạnh nhất là tháng 8, tháng có sức gió yếu nhất là tháng 11, tốc độ gió lớn nhất là 28m/s. Địa chất công trình thuộc loại đất yếu, nên phải chú ý khi lựa chọn phương án thiết kế móng (Xem báo cáo địa chất công trình ở phần thiết kế móng). CÁC GIẢI PHÁP KẾU CẤU CỦA CÔNG TRÌNH Công trình xây dựng muốn đạt hiệu quả kinh tế thì điều đầu tiên là phải lựa chọn cho nó một sơ đồ kết cấu hợp lý. Sơ đồ kết cấu này phải thỏa mãn được các yêu cầu về kiến trúc, khả năng chịu lực, độ bền vững, ổn định cũng như yêu cầu về tính kinh tế. Hiện nay để xây dựng nhà cao tầng , người ta thường sử dụng các sơ đồ kết cấu sau Khung chịu lực . Vách cứng chịu lực . Hệ khung + vách kết hợp chịu lực . Ta nhận thấy : Hệ kết cấu khung chịu lực được tạo thành từ các phần tử đứng (cột) và phần tử ngang (dầm) liên kết cứng tại chỗ giao nhau giữa chúng. Dưới tác động của các loại tải trọng thì cột và dầm là kết cấu chịu lực chính của công trình. Hệ kết cấu này có ưu điểm là rất linh hoạt cho việc bố trí kiến trúc song nó tỏ ra không kinh tế khi áp dụng cho các công trình có độ cao lớn, chịu tải trọng ngang lớn do tiết diện cột to, dầm cao, tốn diện tích mặt bằng và làm giảm chiều cao thông thuỷ của tầng. Hệ kết cấu này thường dùng cho các nhà có độ cao vừa phải. Hệ kết cấu tường cứng chịu lực (hay hệ vách, lõi, hộp chịu lực) có độ cứng ngang rất lớn, khả năng chịu lực đặc biệt là tải trọng ngang rất tốt, phù hợp cho những công trình xây dựng có chiều cao lớn song nó hạn chế về khả năng bố trí không gian và rất tốn kém về mặt kinh tế. Ta không nên dùng hệ kết cấu này cho các công trình cỡ vừa và nhỏ. Hệ kết cấu khung, vách , lõi cứng cùng tham gia chịu lực thường được sử dụng cho các nhà cao tầng có số tầng nhỏ hơn 20. Với số tầng như vậy, sự kết hợp của kết cấu khung và kết cấu vách lõi cùng chịu lực tỏ ra rất hiệu quả cả về phương diện kỹ thuật cũng như phương diện kinh tế. Hệ khung (cột+ dầm) ngoài việc chịu phần lớn tải trọng đứng còn tham gia chịu tải trọng ngang. Lõi cứng được bố trí vào vị trí lõi thang máy và vách cứng được bố trí vào vị trí tường chịu lực của công trình nhằm làm tăng độ cứng ngang cho công trình mà không ảnh hưởng đến không gian kiến trúc cũng như tính thẩm mỹ của công trình. Đối với công trình này, hệ kết cấu khung, vách, lõi cứng cùng tham gia chịu lực tập trung được nhiều ưu diểm và hạn chế được nhiều của hai hệ kết cấu trên. Do vậy ta sử dụng hệ kết cấu khung + lõi + vách cứng cho công trình đang thiết kế. Đối với hệ kết cấu móng, do công trình có tải trọng rất lớn, nền đất yếu, lớp đất tốt ở khá sâu nên ta sử dụng hệ móng cọc sâu. Có 3 dạng móng cọc sâu thường được sử dụng: Móng cọc đóng BTCT Móng cọc ép BTCT Móng cọc nhồi BTCT Hai móng cọc đóng và cọc ép không sử dụng được cho công trình vì nó không thể chịu nổi tải trọng của công trình, hoặc phải làm đài cọc rất lớn, chỉ còn phương án cọc khoan nhồi BTCT là hợp lý. Vậy ta sử dụng kết cấu móng cọc khoan nhồi BTCT. XÂY DỰNG CƠ SỞ THIẾT KẾ TÍNH TOÁN Các tài liệu sử dụng trong tính toán Tuyển tập tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam. TCVN 338-2005 Kết cấu bê tông cốt thép. Tiêu chuẩn thiết kế. TCVN 2737-1995 Tải trọng và tác động. Tiêu chuẩn thiết kế. TCVN 40-1987 Kết cấu xây dựng và nền nguyên tắc cơ bản về tính toán. TCVN 338-2005 Kết cấu tính toán thép. Tiêu chuẩn thiết kế. Tải liệu tham khảo Hướng dẫn sử dụng chương trình SAP 2000. Phương pháp phần tử hữu hạn. – Trần Bình, Hồ Anh Tuấn. Giáo trình giảng dạy chương trình SAP2000 – Ths Hoàng Chính Nhân. Kết cấu bê tông cốt thép (phần kết cấu nhà cửa) – Gs Ts Ngô Thế Phong, Pts Lý Trần Cường, Pts Trịnh Kim Đạm, Pts Nguyễn Lê Ninh. Lý thuyết nén lệch tâm xiên dựa theo tiêu chuẩn của Anh BS 8110-1985 do Giáo sư Nguyễn Đình Cống soạn và cải tiến theo tiêu chuẩn TCVN 5574-1991. Kết cấu thép II (công trình dân dụng và công nghiệp) – Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Đoàn Ngọc Tranh, Hoàng Văn Quang. Các vật liệu sử dụng trong thiết kế tính toán Bê tông Theo tiêu chuẩn TCVN 5574-1991. Bê tông với chất kết dính là xi măng cùng với các cốt liệu đá, cát vàng và được tạo nên một cấu trúc đặc chắc. Với cấu trúc này, bê tông có khối lượng riêng ~ 2500 KG/m3. Mác bê tông theo cường độ chịu nén, tính theo đơn vị KG/cm2, bê tông được dưỡng hộ cũng như được thí nghiệm theo quy định và tiêu chuẩn Việt Nam. Mác bê tông dùng trong tính toán cho công trình là 300. Cường độ của bê tông mác 300: a/ Với trạng thái nén: + Cường độ tính toán về nén : 130 KG/cm2. b/ Với trạng thái kéo: + Cường độ tính toán về kéo : 10 KG/cm2. _ Môđun đàn hồi của bê tông: Được xác định theo điều kiện bê tông nặng, khô cứng trong điều kiện tự nhiên. Với mác 300 thì Eb = 290000 KG/cm2. Thép Thép làm cốt thép cho cấu kiện bê tông cốt thép dùng loại thép sợi thông thường theo tiêu chuẩn TCVN 338 - 2005. Cốt thép chịu lực cho các dầm, cột dùng nhóm AII, AIII, cốt thép đai, cốt thép giá, cốt thép cấu tạo và thép dùng cho bản sàn dùng nhóm AII. Cường độ của cốt thép cho trong bảng sau: Chủng loại Cốt thép Cường độ tiêu chuẩn (KG/cm2) Cường độ tính toán (KG/cm2) AI AII AIII 2400 3000 4000 2100 2800 3600 Môđun đàn hồi của cốt thép: E = 2,1.106 KG/cm2. Các loại vật liệu khác Gạch đặc M75 Cát vàng sông Lô Cát đen sông Hồng Đá Kiện Khê (Hà Nam) hoặc Đồng Mỏ (Lạng Sơn). Sơn che phủ màu nâu hồng. Bi tum chống thấm . Mọi loại vật liệu sử dụng đều phải qua thí nghiệm kiểm định để xác định cường độ thực tế cũng như các chỉ tiêu cơ lý khác và độ sạch. Khi đạt tiêu chuẩn thiết kế mới được đưa vào sử dụng. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU Khái quát chung Lựa chọn hệ kết cấu chịu lực cho công trình có vai trò quan trọng tạo tiền đề cơ bản để người thiết kế có được định hướng thiết lập mô hình, hệ kết cấu chịu lực cho công trình đảm bảo yêu cầu về độ bền, độ ổn định phù hợp với yêu cầu kiến trúc, thuận tiện trong sử dụng và đem lại hiệu quả kinh tế. Trong thiết kế kế cấu nhà cao tầng việc chọn giải pháp kết cấu có liên quan đến vấn đề bố trí mặt bằng, hình thể khối đứng, độ cao tầng, thiết bị điện, đường ống, yêu cầu thiết bị thi công, tiến độ thi công, đặc biệt là giá thành công trình và sự là việc hiệu quả của kết cấu mà ta chọn. Đặc điểm chủ yếu của nhà cao tầng Tải trọng ngang Trong kết cấu thấp tầng tải trọng ngang sinh ra là rất nhỏ theo sự tăng lên của độ cao. Còn trong kết cấu cao tầng, nội lực, chuyển vị do tải trọng ngang sinh ra tăng lên rất nhanh theo độ cao. Áp lực gió, động đất là các nhân tố chủ yếu của thiết kế kết cấu. Nếu công trình xem như một thanh công xôn, ngàm tại mặt đất thì lực dọc tỷ lệ với chiều cao, mô men do tải trọng ngang tỉ lệ với bình phương chiều cao. M = P´ H (Tải trọng tập trung) M = q´ H2/2 (Tải trọng phân bố đều) Chuyển vị do tải trọng ngang tỷ lệ thuận với luỹ thừa bậc bốn của chiều cao: D =P´H3/3EJ (Tải trọng tập trung) D =q´H4/8EJ (Tải trọng phân bố đều) Trong đó: P-Tải trọng tập trung; q - Tải trọng phân bố; H - Chiều cao công trình. Do vậy tải trọng ngang của nhà cao tầng trở thành nhân tố chủ yếu của thiết kế kết cấu. Hạn chế chuyển vị Theo sự tăng lên của chiều cao nhà, chuyển vị ngang tăng lên rất nhanh. Trong thiết kế kết cấu, không chỉ yêu cầu thiết kế có đủ khả năng chịu lực mà còn yêu cầu kết cấu có đủ độ cứng cho phép. Khi chuyển vị ngang lớn thì thường gây ra các hậu quả sau: Làm kết cấu tăng thêm nội lực phụ đặc biệt là kết cấu đứng: Khi chuyển vị tăng lên, độ lệch tâm tăng lên do vậy nếu nội lực tăng lên vượt quá khả năng chịu lực của kết cấu sẽ làm sụp đổ công trình. Làm cho người sống và làm việc cảm thấy khó chịu và hoảng sợ, ảnh hưởng đến công tác và sinh hoạt. Làm tường và một số trang trí xây dựng bị nứt và phá hỏng, làm cho ray thang máy bị biến dạng, đường ống, đường điện bị phá hoại. Do vậy cần phải hạn chế chuyển vị ngang. Giảm trọng lượng bản thân - Xem xét từ sức chịu tải của nền đất. Nếu cùng một cường độ thì khi giảm trọng lượng bản thân có thể tăng lên một số tầng khác. - Xét về mặt dao động, giảm trọng lượng bản thân tức là giảm khối lượng tham gia dao động như vậy giảm được thành phần động của gió và động đất... - Xét về mặt kinh tế, giảm trọng lượng bản thân tức là tiết kiệm vật liệu, giảm giá thành công trình bên cạnh đó còn tăng được không gian sử dụng. Từ các nhận xét trên ta thấy trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng cần quan tâm đến giảm trọng lượng bản thân kết cấu. Giải pháp móng cho công trình Vì công trình là nhà cao tầng nên tải trọng đứng truyền xuống móng nhân theo số tầng là rất lớn. Mặt khác vì chiều cao lớn nên tải trọng ngang (gió, động đất) tác dụng là rất lớn, đòi hỏi móng có độ ổn định cao. Do đó phương án móng sâu là duy nhất phù hợp để chịu được tải trọng từ công trình truyền xuống. Móng cọc đóng: Ưu điểm là kiểm soát được chất lượng cọc từ khâu chế tạo đến khâu thi công nhanh. Nhưng hạn chế của nó là tiết diện nhỏ, khó xuyên qua ổ cát, thi công gây ồn và rung ảnh hưởng đến công trình thi công bên cạnh đặc biệt là khu vực thành phố. Hệ móng cọc đóng không dùng được cho các công trình có tải trọng quá lớn do không đủ chỗ bố trí các cọc. Móng cọc ép: Loại cọc này chất lượng cao, độ tin cậy cao, thi công êm dịu. Hạn chế của nó là khó xuyên qua lớp cát chặt dày, tiết diện cọc và chiều dài cọc bị hạn chế. Điều này dẫn đến khả năng chịu tải của cọc chưa cao. Móng cọc khoan nhồi: Là loại cọc đòi hỏi công nghệ thi công phức tạp. Tuy nhiên nó vẫn được dùng nhiều trong kết cấu nhà cao tầng vì nó có tiết diện và chiều sâu lớn do đó nó có thể tựa được vào lớp đất tốt nằm ở sâu vì vậy khả năng chịu tải của cọc sẽ rất lớn,thi công tại chỗ dẫn đến sẽ giảm được chi phí vân chuyển. Từ phân tích ở trên, với công trình này việc sử dụng cọc khoan nhồi sẽ đem lại sự hợp lý về khả năng chịu tải và hiệu quả kinh tế. Giải pháp kếu cấu phần thân công trình Các lựa chọn cho giải pháp kết cấu: Các lựa chọn cho giải pháp kết cấu chính: Căn cứ theo thiết kế ta chia ra các giải pháp kết cấu chính ra như sau: Hệ tường chịu lực Trong hệ kết cấu này thì các cấu kiện thẳng đứng chịu lực của nhà là các tường phẳng. Tải trọng ngang truyền đến các tấm tường thông qua các bản sàn được xem là cứng tuyệt đối. Trong mặt phẳng của chúng các vách cứng (chính là tấm tường) làm việc như thanh công xôn có chiều cao tiết diện lớn.Với hệ kết cấu này thì khoảng không bên trong công trình còn phải phân chia thích hợp đảm bảo yêu cầu về kết cấu. Hệ kết cấu này có thể cấu tạo cho nhà khá cao tầng, tuy nhiên theo điều kiện kinh tế và yêu cầu kiến trúc của công trình ta thấy phương án này không thoả mãn. Hệ khung chịu lực Hệ được tạo bởi các cột và các dầm liên kết cứng tại các nút tạo thành hệ khung không gian của nhà. Hệ kết cấu này tạo ra được không gian kiến trúc khá linh hoạt. Tuy nhiên nó tỏ ra kém hiệu quả khi tải trọng ngang công trình lớn vì kết cấu khung có độ cứng chống cắt và chống xoắn không cao. Nếu muốn sử dụng hệ kết cấu này cho công trình thì tiết diện cấu kiện sẽ khá lớn, làm ảnh hưởng đến tải trọng bản thân công trình và chiều cao thông tầng của công trình. Hệ kết cấu khung chịu lực tỏ ra không hiệu quả cho công trình này. Hệ lõi chịu lực Lõi chịu lực có dạng vỏ hộp rỗng, tiết diện kín hoặc hở có tác dụng nhận toàn bộ tải trọng tác động lên công trình và truyền xuống đất. Hệ lõi chịu lực có hiệu quả với công trình có độ cao tương đối lớn, do có độ cứng chống xoắn và chống cắt lớn, tuy nhiên nó phải kết hợp được với giải pháp kiến trúc. Hệ kết cấu hỗn hợp Sơ đồ giằng. Sơ đồ này tính toán khi khung chỉ chịu phần tải trọng thẳng đứng tương ứng với diện tích truyền tải đến nó còn tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng do các kết cấu chịu tải cơ bản khác như lõi, tường chịu lực. Trong sơ đồ này thì tất cả các nút khung đều có cấu tạo khớp hoặc các cột chỉ chịu nén. Sơ đồ khung - giằng. Hệ kết cấu khung - giằng (khung và vách cứng) được tạo ra bằng sự kết hợp giữa khung và vách cứng. Hai hệ thống khung và vách được lên kết qua hệ kết cấu sàn. Hệ thống vách cứng đóng vai trò chủ yếu chịu tải trọng ngang, hệ khung chủ yếu thiết kế để chịu tải trọng thẳng đứng. Sự phân rõ chức năng này tạo điều kiện để tối ưu hoá các cấu kiện, giảm bớt kích thước cột và dầm, đáp ứng được yêu cầu kiến trúc. Sơ đồ này khung có liên kết cứng tại các nút (khung cứng). Các lựa chọn cho giải pháp kết cấu sàn: Để chọn giải pháp kết cấu sàn ta so sánh 2 trường hợp sau: Kết cấu sàn không dầm (sàn nấm) Hệ sàn nấm có chiều dày toàn bộ sàn nhỏ, làm tăng chiều cao sử dụng do đó dễ tạo không gian để bố trí các thiết bị dưới sàn (thông gió, điện, nước, phòng cháy và có trần che phủ), đồng thời dễ làm ván khuôn, đặt cốt thép và đổ bê tông khi thi công. Tuy nhiên giải pháp kết cấu sàn nấm là không phù hợp với công trình vì không đảm bảo tính kinh tế. Kết cấu sàn dầm Khi dùng kết cấu sàn dầm độ cứng ngang của công trình sẽ tăng do đó chuyển vị ngang sẽ giảm. Khối lượng bê tông ít hơn dẫn đến khối lượng tham gia dao động giảm. Chiều cao dầm sẽ chiếm nhiều không gian phòng ảnh hưởng nhiều đến thiết kế kiến trúc, làm tăng chiều cao tầng. Tuy nhiên phương án này phù hợp với công trình vì chiều cao thiết kế kiến trúc là tới 3,5m. Lựa chọn kết cấu chịu lực chính Qua việc phân tích phương án kết cấu chính ta nhận thấy sơ đồ khung - giằng là hợp lý nhất. Việc sử dụng kết cấu vách, lõi cùng chịu tải trọng đứng và ngang với khung sẽ làm tăng hiệu quả chịu lực của toàn bộ kết cấu, đồng thời sẽ được giảm được tiết diện cột ở tầng dưới của khung. Vậy ta chọn hệ kết cấu này.Qua so sánh phân tích phương án kết cấu sàn, ta chọn kết cấu sàn dầm toàn khối. Lựa chọn kích thước tiết diện của cấu kiện Bản sàn Ô sàn có kích thướng lớn nhất là:4,9x4,5 (m) vậy ô bản làm việc theo hai phương Chiều dày bản chọn sơ bộ theo công thức: với D = 0,8 - 1,4 Ta có l = 450 cm; chọn D = 1 Với bản kê bốn cạnh : m = 40 - 45, ta chọn m = 40 Þ chiều dày sơ bộ của bản sàn: Chọn thống nhất hb = 12 cm cho toàn bộ các mặt sàn, riêng các sàn khu vệ sinh, sàn ban công chọn là hb = 10 cm. Dầm Chọn dầm ngang: Với dầm có nhịp ld = 900 cm Chọn sơ bộ hdc; Chọn hdc =80cm, bdc = (0.3 ¸0.5)hdc=(0.3¸0.5)80=24¸40 cm chọn bdc = 350cm. Ta có hd x bd = 800x350. Với dầm có nhịp ld = 240 cm Chọn sơ bộ hdc; Chọn hdc =35cm, chọn bdc = 35cm. Ta có hd x bd = 350x350. Chọn dầm dọc: Nhịp của dầm ld = 750 cm Chọn sơ bộ hdc ; Chọn hdc = 65 cm, bdc = 25 cm Ta có hd x bd = 650x250. Chọn dầm phụ: Nhịp của dầm ld = 750 cm Chọn sơ bộ hdp ; Chọn hdp = 50 cm, bdp = 25 cm Ta có hd x bd = 500x250. Nhịp của dầm ld = 660 cm Chọn sơ bộ hdp ; Chọn hdp = 50 cm, bdp = 25 cm Ta có hd x bd = 500x250. Vậy chọn tiết diện dầm như sau: Dầm chính 1(trục A-B): 35x80 cm Dầm chính 2(trục C-D): 35x80 cm Dầm chính 3(trục B-C): 35x35 cm Dầm dọc : 25x65 cm Dầm phụ : 25x50 cm Chọn kích thước tường Tường bao Được xây xung quanh chu vi nhà, do yêu cầu chống thấm, chống ẩm nên tường dày 22 cm xây bằng gạch đặc M75. Tường có hai lớp trát dày 2 x 1.5 cm Chiều cao trung bình của tường xây : Htường = Ht – hd = 3,5 – 0,65 = 2,85 m. Tường ngăn Dùng ngăn chia không gian trong mỗi tầng, song tuỳ theo việc ngăn giữa các căn hộ hay ngăn trong 1 căn hộ mà có thể là tường 22 cm hoặc 11 cm. Tường có hai lớp trát dày 2 x 1.5 cm Chiều cao trung bình của tường ngăn : Htường = Htầng – hsàn = 3,5 – 0,12 = 3,38 m. Hoặc : Htường = Htầng – hdp = 3,5 – 0,5 = 3 m. Chọn kích thước cột Tiết diện của cột được chọn theo nguyên lý cấu tạo kết cấu bê tông cốt thép, cấu kiện chịu nén. Tiết diện cột chọn bằng nhau cho các tầng. Cột trục 2, 3, 11, 12: Diện tích tiết diện ngang của cột được xác định theo công thức: Fb = Trong đó : 1,2 – 1,5: Hệ số dự trữ kể đến ảnh hưởng của mômen Fb: Diện tích tiết diện ngang c._.ủa cột Rn: Cường độ chịu nén tính toán của bê tông N: Lực nén lớn nhất có thể xuất hiện trong cột (xác định sơ bộ trị số N bằng cách dồn tải trọng trên diện tích một ô sàn vào cột). Căn cứ vào đặc điểm công trình là nhà ở trung cư nên lấy sơ bộ tải trọng 1000 kg/m2. Với cột trục B và trục C Diện tích chịu tải tính là: S== 7,05x5,7 = 40,185 m2. N = 40,185x10x1000 = 401850kg Ta chọn kích thước cột là: 40x70 cm. Do càng lên cao nội lực càng giảm vì vậy theo chiều cao công trình ta phải giảm tiết diện cột cho phù hợp, nhưng không được giảm nhanh quá tránh xuất hiện Mômen phụ tập trung tại vị trí thay đổi tiết diện. Vậy chọn kích thước cột trục như sau: Tầng 1 ¸ 6 : 40x70 cm. Tầng 7 ¸ 10 : 50x60 cm. Cột trục6, 8: Chọn cột giữa và cột biên cùng tiết diện 40x50 cm với cột các tầng 1-10 Cột trục 5,7,9: Chọn cột có tiết diện 40x50 cm với cột các tầng 1-10. Chọn kích thước lõi cầu thang máy. * Chiều dày lõi cầu thang máy thoả mãn hai điều kiện : ³ 15 cm. ³ Ht/20 = 500/20 = 25 cm Þlấyd=25cm. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG Tải trọng đứng Cơ sở tính toán. Tải trọng truyền vào khung gồm tĩnh tải và hoạt tải dưới dạng tải tập trung và tải phân bố đều. Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân các kết cấu như cột, dầm, sàn và tải trọng do tường, vách kính đặt trên công trình . Hoạt tải bao gồm các tải trọng sử dụng trên nhà. Tải trọng do sàn truyền vào dầm của khung được tính toán theo diện chịu tải,được căn cứ vào đường nứt của sàn khi làm việc. Như vậy tải trọng truyền từ bản vào dầm theo hai phương: Theo phương cạnh ngắn l1 (hình tam giác) Theo phương cạnh dài l2 (hình tam giác hoặc hình thang) Để đơn giản cho tính toán ta quy tải tam giác và hình thang về dạng phân bố đều: Tải dạng tam giác có lực phân bố lớn nhất tại giữa nhịp là qmax tải phân bố đều tương đương là : qtd = 5xqmax/8 Tải hình thang có lực phân bố đều ở giữa nhịp là q1, tải phân bố đều tương đương là : qtd = (1 - 2b2 + b3).q1 Với b = l1/2.l2 Trong đó: l1 chiều dài theo phương cạnh ngắn. l2 chiều dài theo phương cạnh dài. Dầm dọc nhà dầm bo tác dụng vào cột trong diện chịu tải của cột dưới dạng tập trung. Tĩnh tải Dầm: Trọng lượng dầm gồm tải trọng kết cấu và vữa trát: Với dầm có kích thước 800x350. Trọng lượng toàn phần của dầm = Trọng lượng bản thân dầm + trọng lượng bản thân của lớp vữa trát. Trọng lượng bản thân của dầm : qd = (0,8-0,12)x0,35x2500x1,1 = 654,5 (kg/m) Trọng lượng bản thân của vữa trát : qvữa = [0,35 + (0,8 – 0,12).2].0,015.1800.1, =60 (kg/m) ÞTrọng lượng toàn phần của dầm : q = qd + qvữa = 654,5 + 60 = 714,5 (kg/m) Với dầm có kích thước 650x250. Trọng lượng bản thân của dầm : qd = (0,65-0,12)x0,25x2500x1,1 = 364,4 (kg/m) Trọng lượng bản thân của vữa trát : qvữa = [0,35 + (0,65 – 0,12).2].0,015.1800.1,3 = 49,5 (kg/m) ÞTrọng lượng toàn phần của dầm : q = qd + qvữa = 364,4 + 49,5 = 414 (kg/m) Với dầm có kích thước 500x250. Trọng lượng bản thân của dầm : qd = (0,5-0,12)x0,25x2500x1,1 =261,30(kg/m) Trọng lượng bản thân của vữa trát : qvữa = [0,25 + (0,5 – 0,12).2].0,015.1800.1,3 = 35,45(kg/m) ÞTrọng lượng toàn phần của dầm : q = qd + qvữa = 261,30 + 35,45 = 296,8 (kg/m) Cột: Trọng lượng trên một mét chiều dài (bao gồm trọng lượng kết cấu và vữa trát). Với cột có tiết diện 40x70 cm: q = [0,4.0,7.2500.1,1 + (0,4 + 0,7).2.0,02.1800.1,3] =872,96 (kg/m) Với cột có tiết diện 40x60 cm: q = [0,4.0,6.2500.1,1 + (0,4 + 0,6).2.0,02.1800.1,3] =753,6 (kg/m) Với cột có tiết diện 40x50 cm: q = [0,4.0,5.2500.1,1 + (0,4 + 0,5).2.0,02.1800.1,3] =634,24(kg/m) Sàn: Tĩnh tải bản thân phụ thuộc vào các lớp sàn. Cấu tạo các lớp sàn phòng làm việc và phòng vệ sinh như hình vẽ sau.trọng lượng phân bố đều các lớp sàn cho trong bảng sau * Trọng lượng bản thân sàn ở: gi = nigihi Bảng tính tĩnh tải sàn (căn hộ) ở TT Các lớp sàn Dày (m) g (kg/m3) n G (kg/m2) 1 Gạch lát ceramic 30x30 0,010 2000 1,1 22,00 2 Vữa lót 0,020 1800 1,3 46,80 3 Sàn BTCT 0,120 2500 1,1 330 4 Vữa trát trần 0,015 1800 1,3 35,10 å 434 Chú thích: + Vật liệu sử dụng: Vật liệu Khối lượng riêng g (Kg/m3) Hệ số độ tin cậy N + Bê tông 2500 1,1 + Vữa các loại 1800 1,3 + Gạch lát 2000 1,1 + Khối xây 1800 1,1 * Trọng lượng bản thân sàn WC, sàn ban công: gi = nigihI Bảng tính tĩnh tải sàn WC TT Các lớp sàn Dày (m) g (kg/m3) n G (kg/m2) 1 Gạch lát ceramic 30x30 0,010 2000 1,1 22,00 2 Vữa lót 0,020 1800 1,3 46,80 3 Lớp BT chống thấm 55 4 Sàn BTCT 0,100 2500 1,1 275,00 5 Vữa trát trần 0,015 1800 1,3 35,10 å 434 Tĩnh tải tường: * Trọng lượng bản thân tường 220: gi = nigihI Bảng tính tĩnh tải tường 220 TT Các lớp sàn Dày (m) Cao (m) g (kg/m3) n G (kg/m) 1 Tường gạch 0,220 2,85 1800 1,1 1241,46 2 Vữa trát 2 bên 2 x 0,015 2,85 1800 1,3 200,1 å 1441,53 * Trọng lượng bản thân tường 110: gi = nigihI Bảng tính tĩnh tải tường 110 TT Các lớp sàn Dày (m) Cao (m) g (kg/m3) n G (kg/m) 1 Tường gạch 0,110 3 1800 1,1 653,4 2 Vữa trát 2 bên 2 x 0,015 3 1800 1,3 210,6 å 864 TT Các lớp sàn Dày (m) Cao (m) g (kg/m3) n G (kg/m) 1 Tường gạch 0,110 3,38 1800 1,1 736 2 Vữa trát 2 bên 2 x 0,015 3,38 1800 1,3 237 å 973 * Kể đến lỗ cửa tải trọng tường 220 và tường 110 nhân với hệ số 0,7: -Tường 220:1441.53 x 0.7 =1009,1 kg/m2 -Tường 110:806,40 x 0.7 = 604,8 kg/m2 973 x 0.7=681 kg/m2 * Trọng lượng bản thân lan can: gi = nigihI Bảng tính tĩnh tải lan can TT Các lớp sàn Dày (m) Cao (m) g (kg/m3) n G (kg/m) 1 Tường gạch 0,220 0,90 1800 1,1 392,00 2 Vữa trát 2 bên 2 x 0,015 0,90 1800 1,3 63,20 å 455,20 * Trọng lượng bản thân tường thu hồi trên mái: gi = nigihI Bảng tính tĩnh tải tường thu hồi TT Các lớp sàn Dày (m) Cao TB (m) g (kg/m3) n G (kg/m) 1 Tường gạch 0,220 2,10 1800 1,1 914,80 2 Vữa trát 2 bên 2 x 0,015 2,10 1800 1,3 147,40 å 1062,20 Cấu tạo chiếu nghỉ Cấu tạo các lớp Tải trọng tc kG/m2. n Tải trọng tính toán kG/m2. + Lát gạch Ceramic 20.00 1.1 22.00 + Vữa ximăng M75# 36.00 1.3 46.8 + Bản BTCT dày 12mm 300.00 1.1 330 + Vữa trát trần 15 mm 27.00 1.3 35.10 Tổng tĩnh tải chiếu nghỉ 434 Hoạt tải người Tải trọng hoạt tải người phân bố trên sàn các tầng được lấy theo bảng mẫu của tiêu chuẩn TCVN: 2737-95 Bảng hoạt tải phân bố trên sàn theo tiêu chuẩn 2737 -1995 STT Loại phòng Hệ số vượt tải n Tải trọng tiêu chuẩn Ptc (kg/m3) Tải trọng tính toán Ptt (kg/m2) 1 Phòng ngủ 1.3 150 195 2 Phòng ăn, bếp 1.3 150 195 3 Phòng khách 1.3 150 195 4 Phòng tắm, WC 1.3 150 195 5 Hành lang 1.2 300 360 6 Ban công 1.2 200 240 7 Mái tôn dốc 1.3 30 39 8 Tầng áp mái 1.3 75 97.50 9 Kho 1.2 400 480 Tải trọng ngang Hoạt tải gió Tải trọng gió được xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN.2737-95. Vì công trình có chiều cao lớn (H < 40,0m), do đó công trình có thẻ được bỏ qua thành phần gió động. Thành phần gió tĩnh Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió tác dụng phân bố đều trên một đơn vị diện tích được xác định theo công thức sau: Wtc= Wo.k.c Wtt=n.Wo.k.c Þ qtt = Wtt .B Trong đó: n : hệ số tin cậy của tải gió n=1.2 Wo: Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo bản đồ phân vùng áp lực gió. Theo TCVN 2737-95, khu vực Hà Nội thuộc vùng II-B có Wo= 95 kG/m2. k: Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao so với mốc chuẩn và dạng địa hình, hệ số k tra theo bảng 5 TCVN 2737-95. Địa hình dạng B. B Bề rộng mặt đón và hút gió. c: Hệ số khí động , lấy theo chỉ dẫn bảng 6 TCVN 2737-95,phụ thuộc vào hình khối công trình và hình dạng bề mặt đón gió.Với công trình có hình khối chữ nhật, bề mặt công trình vuông góc với hướng gió thì hệ số khí động đối với mặt đón gió là c = 0.8 và với mặt hút gió là c=0.6. áp lực gió thay đổi theo độ cao của công trình theo hệ số k. Để đơn giản trong tính toán, trong khoảng mỗi tầng ta coi áp lực gió là phân bố đều, hệ số k lấy là giá trị ứng với độ cao giữa tầng nhà. Giá trị hệ số k và áp lực gió phân bố từng tầng được tính như trong bảng. Đối với phần mái, mái dốc của nhà là 11o, chiều cao mái là 39.2m. Tra bảng và nội suy tuyến tính, ta có ce2 = -0.8 với mặt đón gió và c = -0.8 với mặt hút gió. Tải trọng gió tác dụng lên mái, truyền vào các dàn vì kèo và truyền vào các đầu cột hoặc truyền lên các tường thu hồi. Việc tính toán và phân tải gió cũng được tiến hành tương tự. Kết quả tính toán cho trong bảng. Bảng xác định tải gió tĩnh quy về các mức sàn Sàn Độ cao Bề rộng đón gió k Wtt Wtt Gió tĩnh phân bố cho dầm bo qtt Chiều cao Gió tập trung tại các nút Ptt tầng đẩy hút Đẩy Hút tầng Đẩy Hút (m) (m) KG/m2 KG/m2 KG/m (m) (Tấn) 2 4.2 7,05 0.848 77.34 58 545,23 408,92 3,85 2,29 1,72 3 8.4 7,05 0.931 84,91 63,68 598,60 448,95 4,2 2,30 1,73 4 11.9 7,05 1.0304 93,97 70,48 662,51 496,88 3.5 2,32 1,74 5 15.4 7,05 1.084 98,86 74,15 696,97 522,73 3.5 2,44 1,83 6 18.9 7,05 1.119 102,05 76,54 719,47 539,60 3.5 2.52 1.89 7 22.4 7,05 1.152 105,06 78,80 740,69 555,52 3.5 2.59 1.94 8 25.9 7,05 1.183 107,89 80,92 760,62 570,47 3.5 2.66 2 9 29.4 7,05 1.213 110,63 82.97 779,91 584,93 3.5 2.73 2,05 10 32.9 7,05 1.237 112.81 84.61 795,34 596,51 3.5 2.78 2,09 11 36.4 7,05 1.258 114.73 85.05 808,84 606,63 3.5 2.83 2,12 Mái 39.9 7,05 1.28 116.74 87.55 822,99 617,24 3.5 2.88 2,16 Phân tải trọng đứng tác dụng lên khung K2 Phân tải tầng điển hình(3 đén 10). Do khung tính toán là đối xứng do đó ta chỉ cần tính cho một nửa khung và lấy kết quả cho một nửa phần khung còn lại. Sơ đố truyền tải như hình vẽ: Tĩnh tải. Quá trình xác định tĩnh tải được tính bằng cách truyền dần tải trọng của sàn qua các ô bản về các dầm phụ rồi sau đó tải trọng lại từ các dầm phụ truyền về dầm chính và phân phối về các nút.Xem gần đúng là tải trọng trên bản nằm trong các hình được truyền vào dầm ở cạnh đáy. Kết quả dồn tĩnh tải theo sơ đồ được được tính toán theo trình tự sau: Mô hình hoá sơ đồ dồn tải trọng về các nút Tĩnh tải phân bố Thứ tự Nguyên nhân Trị số(KG/m) gBC Trọng lượng bản thân sàn S5 truyền vào dạng tam giác,cượng độ lớn nhất: 434x1,2=520,8(KG/m) 520,8 Trọng lượng bản thân dầm BC phân bố đều: 249,8(KG/m) 249,8 gBG Trọng lượng bản thân sàn S1 truyền vào dưới dạng hình thang,cường độ lớn nhất: 434x1,65=716,1(KG/m) 716,1 Trong lượng bản thân sàn S2 truyền vào dưới dạng hình thang,cườn độ lớn nhất: 434x2,25=976,5(KG/m) 976,5 Trọng lượng bản thân dầm BA đoạn BG: 714,5 714,5 gGA Trọng lượng bản thân sàn S3 truyền vào dưới dạng hình thang,cường độ lớn nhất: 434x1,65=716,1(KG/m) 716,1 Trong lượng bản thân SWC truyền vào dưới dạng phân bố đều,cường độ tải phân bố: 434x0,75=325,5(KG/m) 325,5 Trọng lượng bản thân dầm BA đoạn dầm GA: 714,5(KG/m) 714,5 gbc Trọng lượng bản thân dầm ban công : 249,8(KG/m) 249,8 Trọng lượng bản thân lan can : 455.2(KG/m) 455.2 Tải trọng tập trung: Do các ô sàn có kích thước không đều nhau dẫn đến việc phân tải về khung phức tạp.Để đơn giản quá trình tính toán tải tập trung do sàn truyền vào các nút,ta tính một cách tương đối bằng cách truyền một nủa phần diện tích truyền tải của ô sàn kê lên dầm khung 2 và 1/3 phần diện tích đánh dấu trong sô đồ truyền tải ở trên. Kết quả dồn tải tập trung về nút cho trong bảng dưới Thứ tự Nguyên nhân Trị số(KG) Tổng (KG) Momen GB Trọng lượng bản thân dầm dọc: 7,05x414=2918,7 (KG) 2918,7 17677 MB=(2819.7+7113.5+4064+3580.4)x0.225=3977 (KG.m) Trọng lượng tường 220 xây trên dầm dọc kể đến lỗ cửa: 7,05x1009.=7113,5(KG) 7113,5 Trọng lượng bản thân sàn trục 1-3: 434x1.2x3.3+434x0.5x3.3x3.3x0.5+0.5x0.5x(44.9+4.9-3.3)x1.65.434=4064 4064 Trọng lượng bản thân sàn trục 1-2: (KG) 3580.4 GG Trọng lượng bản thân dầm dọc: 7.05x296.8=2092.44(KG) 2092.44 13042.8 Trọng lượng tường 110 xây trên dầm dọc kể đến lỗ cửa: 3.5x604.8=2116.8(KG) 2116.8 Trọng lượng bản thân sàn trục 2-3 (KG) 4404 Trọng lượng bản thân sàn trục 1-2 (kg) 4429.5 GA Trọng lượng bản thân dầm dọc: 7,05x414=2918,7 (KG) 2918.7 14738 MA=(2918.7+7113.5+2703.3+2001.8)x0.225 =3316 (KG.m) Trọng lượng tường 220 xây trên dầm dọc kể đến lỗ cửa: 7,05x1009.=7113,5(KG) 7113.5 Trọng lượng bản thân sàn trục 1-3: 434x0.53.3x3.3x0.5+434x0.45x3.3+0.5x(4.1+4.1-3.3)x1.65x0.5x434=2703.3(KG) 2703.3 Trọng lượng bản thân sàn trục 1-2: (KG) 2001.8 Gbc Trọng lượng bản thân dầm bo 0.35x0.15x2500x1.1x3.3=476.4(KG) 476.4 2623 Trọng lượng bản thân lan can 3.3x455.2=1502.2(KG) 1502.2 Trọng lượng bản thân sàn ban côngi: 3.3x0.45x434=644.5(KG) 644.5 Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải lên khung Sơ đồ tác dụng của tĩnh tải được cho trong phụ lục Hoạt tải Hoạt tải phân bố Thứ tự Nguyên nhân Trị số(KG/m2) gBC Hoạt tải sàn S5 truyền vào dạng tam giác,cường độ lớn nhất: 360x1,2=432(KG/m2) 432 gBG Hoạt tải sàn S1 truyền vào dưới dạng hình thang,cường độ lớn nhất: 195x1,65=321,75(KG/m2) 321,75 Hoạt tải sàn S2 truyền vào dưới dạng hình thang,cường độ lớn nhất: 195x2,25=438,75(KG/m2) 438.75 gGA Hoạt tải sàn S3 truyền vào dưới dạng hình thang,cường độ lớn nhất: 195x1,65=321,75(KG/m2) 321,75 Trong lượng bản thân SWC truyền vào dưới dạng phân bố đều,cường độ tải phân bố: 195x0,75=146.2(KG/m2) 146.2 hoạt tải tập trung Thứ tự Nguyên nhân Trị số(KG) Tổng (KG) Momen PBBA Hoạt tải sàn trục 2-3: 195x0.5x3.3x3.3x0.5+0.5x0.5x(4.9+4.9-3.3)x1.65.195=1054(KG) 1054 2145 MBBA= 2145x0.225=483(KG.m) Trọng lượng bản thân sàn trục 1-2: (KG) 1091 PBBC Hoạt tải sàn trục 2-3: 360x1.2x3.3=1426 1426 2382 MBBC =2382x0.225=536(KG.m) Trọng lượng bản thân sàn trục 1-2: 956.2 PG Hoạt tải sàn trục 2-3 (KG) 1978.8 3968.8 Hoạt tải sàn trục 1-2 (kg) 1990 PABA Hoạt tải sàn trục 1-3: 195x0.5x3.3x3.3x0.5+0.5x(4.1+4.1-3.3)x1.65x0.5x195925(KG) 1281 1824 MABA =1824x0.225=410(KG.m) Hoạt tải sàn trục 1-2: (KG) 899 PAbc 240x0.45x3.3=357 357 357 MAbc =357X0.225=80(KG.m) Gbc Hoạt tải sàn ban công: 3.3x0.45x195=644.5(KG) 644.5 3968.8 Sơ đồ tác dụng bất lợi của hoạt tải lên khung Sơ đồ tác dụng bất lợi của hoạt tải lên khung được cho trong phụ lục Sơ đồ tác dụng của tải trọng gió lên khung Sơ đồ tác dụng của hoạt tải gió lên khung được cho trong phụ lục TÍNH TOÁN VÀ TỔ HỢP NỘ LỰC Tính toán nội lực khung K2 Sử dụng chương trình SAP2000 để tính toán nội lực của công trình. Sơ đồ tính nội lực khung K2 như sau. Kết quả tính toán được thể hiện trong phần phụ lục đồ án. Sơ đồ tính toán Sơ đồ để tính toán nội lực là sơ đồ khung phẳng ngàm tại móng. Các trường hợp tải trọng Tải trọng tính toán để xác định nội lực gồm: Trường hợp tĩnh tải Trường hợp hoạt tải chất lệc tầng lệch nhịp Tải trọng gió tĩnh tác dụng từ 2 hướng Tổ hợp nộ lực Nguyên tắc tổ hợp: Từ kết quả chạy Sap, ta thu được nội lực trong các tiết diện do từng loại tải trọng gây ra. Cần phải tổ hợp tất cả các loại nội lực đó lại để tìm ra nội lực nguy hiểm nhất có thể xuất hiện trong tiết diện mỗi cột. Việc tổ hợp nội lực tiến hành theo TCVN 2737-95, bao gồm hai loại tổ hợp: tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt. Tổ hợp cơ bản I : gồm nội lực do tĩnh tải và nội lực cùng dấu lớn nhất của một trong các hoạt tải. Tổ hợp cơ bản II : gồm nội lực do tĩnh tải + 0,9 ´ nội lực cùng dấu của mọi hoạt tải . Trong mỗi tổ hợp cần xét ba cặp nội lực nguy hiểm: Cặp mô men dương lớn nhất và lực dọc tương ứng (Mmax và Ntư) Cặp mô men âm lớn nhất và lực dọc tương ứng (Mmin và Ntư) Cặp lực dọc lớn nhất và mô men tương ứng (Nmax và Mtư). riêng đối với tiết diện chân cột còn phải tính thêm lực cắt Q và chỉ lấy theo giá trị tuyệt đối Đối với tổ hợp cơ bản I: Để xác định cặp thứ nhất, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với nội lực do một hoạt tải có giá trị mô men dương lớn nhất trong số các mô men do hoạt tải. Để xác định cặp thứ hai, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với nội lực do một hoạt tải có giá trị mô men âm có giá trị tuyệt đối lớn nhất trong số các mô men do hoạt tải. Để xác định cặp thứ ba, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với nội lực do một hoạt tải có giá trị lực dọc lớn nhất. Đối với tổ hợp cơ bản II: Để xác định cặp thứ nhất, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với mọi nội lực do hoạt tải có giá trị mô men là dương. Để xác định cặp thứ hai, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với nội lực do mọi hoạt tải có giá trị mô men là âm . Để xác định cặp thứ ba, lấy nội lực do tĩnh tải cộng với mọi nội lực do hoạt tải có gây ra lực dọc, và lấy thêm nội lực của hoạt tải dù không gây lực dọc nhưng gây ra mô men cùng chiều với mô men tổng cộng đã lấy tương ứng với Nmax. Kết quả tổ hợp nội lực cho trong các bảng tính. (Xem Phụ lục) THIẾT KẾ CẤU KIỆN Cấu kiện thuộc khung 2 Thiết kế cột * Cơ sở tính toán : Bảng tổ hợp tính toán. TCVN 5574 - 1994 : Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép. Hồ sơ kiến trúc công trình. * Một số qui định đối với việc tính cột và bố trí cốt thép : Tổng hàm lượng thép hợp lý mt = 1%-3%. Cốt dọc : Khi h,b > 40 cm thì d > 16 mm. Khoảng cách giữa 2 cốt thép t > 30 mm. Khi h > 60 cm thì đặt cốt cấu tạo d = 12-14 mm. Cốt đai : d > 0,25d1 (d1 : đường kính lớn nhất của cốt dọc). Khoảng cách giữa các cốt đai : a < (d2: đường kính bé nhất của cốt dọc) * Số liệu vật liệu : Bê tông cột mác 300# có : Rn = 130 kG/cm2; Rk = 10 kG/cm2 ; Cốt thép dọc AII có : Ra = Ra’ = 2800 kG/cm2; Cốt thép đai AI có: Ra = 2100 kG/cm2; Các giá trị khác : Eb = 2,9 ´ 105 kG/cm2; Ea = 2,1 ´ 106 kG/cm2; ao = 0.58. Chiều dày lớp bảo vệ a = a’ = 5cm. Do công trình là cao tầng, tải trọng ngang luôn thay đổi nên khi tính bố trí thép phải đối xứng giống nhau theo hai phía Fa= Fa’. Ta thấy tất cả các tiết diện cột đều ³ 60cm, chiều dài tính toán lo = 0,7 ´ Htầng = 0,7 ´ 350 = 245 cm (sơ đồ tính cột hai đầu ngàm), ta có lo / b = 245 / 60 = 4,08 < 8 nên bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc (h = 1). Ở đây ta tính thép cho tất cả các cặp nội lực nguy hiểm, sau đó chọn giá trị lớn nhất. * Tính thép đối xứng : Tính (1) Nếu 2a’ < x < aoho, tính : (2) Nếu x < 2a’, lấy x = 2a’ và tính : (3) với e’ = e - ho + a’ (4) Nếu x > aoho, tính thêm : eogh = 0,4(1,25h - aoho) (5) so sánh eo và eogh, xét 2 trường hợp sau : Khi eo > eogh, lấy x = aoho, tính (6) Khi eo £ eogh, xét 2 trường hợp : Khi eo £ 0,2ho, tính x = eo (7) Khi 0,2ho £ eo £ eogh, tính x = (8) Trong cả hai trường hợp, sau khi tính x thì tính thép theo công thức : (9) Cột trục A: * Phần tử 1(cột 11) : gồm các cặp nội lực sau :(quy ước nội lực cột chịu nén mang giá trị âm) Mmin = -41024Kg.m ; Mtư = -394319Kg.m ; Mmax = 35247Kg.m Ntư = -3943197Kg ; Nmax = -448113,9Kg ; Ntư = -304955Kg Tiết diện cột : b ´ h = 40 ´ 70 cm,từ tầng 1 ¸ tầng 3 chiều cao làm việc ho = h - a = 70 - 5 = 65cm. Tính cốt thép với cặp: Mmin = -41024Kg.m; Ntư = -394319Kg Độ lệch tâm ban đầu eo1 = M / N = 41024´ 102 /394319 = 10,4 cm (10) Độ lệch tâm ngẫu nhiên eo’ = h / 25 = 70 / 25 = 2,8 cm (11) Độ lệch tâm eo = eo1 + eo’ = 10,4 + 2,8 = 13,2 cm (12) Khoảng cách e = heo + 0,5h - a = 1 ´ 13,2 + 0,5 ´ 70 - 5 = 43,2 cm (13) Chiều cao vùng nén : (cm) Với x = 75,83 > aoho = 0,58 ´ 65 = 37,7Þ xảy ra trường hợp lệch tâm bé . Tính eogh = 0,4(1,25h - aoho) = 0,4(1,25x70 – 37,7) = 19,92 (cm) Þ eo =13,2 0,2ho = 0,2.65 = 13,00 cm, tính x theo công thức. x = 1,8 (eogh- heo)+ aoho x =1,8 (19,92-13,2 )+37,7 = 49,79(cm) Tính cốt thép : Hàm lượng cốt thép trên cả tiết diện mt = 2Fa / bho = 3,05% . Tính với cặp nội lực M = -38237,8Kg.m; N = -444001.9Kg: Độ lệch tâm ban đầu eo1 = M / N = 38237,8´ 102 /444001,9 =8,61 cm (10) Độ lệch tâm ngẫu nhiên eo’ = h / 25 = 70 / 25 = 2,8 cm (11) Độ lệch tâm eo = eo1 + eo’ = 8,61 + 2,8 = 11,41 cm (12) Khoảng cách e = heo + 0,5h - a = 1 ´ 11,41 + 0,5 ´ 70 - 5 = 41,41 cm (13) Chiều cao vùng nén : (cm) Với x = 85,38 > aoho = 0,58 ´ 65 = 37,7Þ xảy ra trường hợp lệch tâm bé . Tính eogh = 0,4(1,25h - aoho) = 0,4(1,25x70 – 37,7) =19,92(cm) Þ eo =11,41 < eogh dựa vào eo để tính lại x.Mặt khác eo = 11,41 cm < 0,2ho = 0,2.65 = 13,00 cm, tính x theo công thức. x = h - ( 0,5h / ho + 1,8 – 1,4 ao )eo x =70 - ( 0,5 ´ 70/65 + 1,8 - 1,4 ´ 0,58 ) ´11,41 =52,58(cm) Tính cốt thép : Hàm lượng cốt thép trên cả tiết diện mt = 2Fa / bho = 3,57% Chọn thép 12Æ32 (Fa = 96,5cm2). Tính với cặp nội lực M = 35247Kg.m; N =-305557T: Độ lệch tâm ban đầu eo1 = M / N =35247´ 102 / 305557 =11,54 cm (10) Độ lệch tâm ngẫu nhiên eo’ = h / 25 = 70 / 25 = 2,8 cm (11) Độ lệch tâm eo = eo1 + eo’ =11,56 + 2,8 =14,34 cm (12) Khoảng cách e = heo + 0,5h - a = 1 ´ 14,34 + 0,5 ´ 70 - 5 =44,34 cm (13) Chiều cao vùng nén : (cm) Với x = 58,76 > aoho = 0,58 ´ 65 = 37,7Þ xảy ra trường hợp lệch tâm bé . Tính eogh = 0,4(1,25h - aoho) = 0,4(1,25x70 – 37,7) = 19,92 (cm) Þ eo =14,34 0,2ho = 0,2.65 = 13,00 cm, tính x theo công thức. x = 1,8 (eogh- heo)+ aoho x =1,8 (19,92-14,34 )+37,7 = 47,75(cm) Tính cốt thép : Hàm lượng cốt thép trên cả tiết diện mt = 2Fa / bho = 1,53% Î (1-3)% => thoả mãn. Như vậy với các cặp nội lực vừa tính toán và tiết diện đã chọn là hợp lý,chọn thép 12Æ32 (Fa = 96,50 cm2).để bố trí thép cho cột trục A từ tầng 1 đến tầng 6. Sơ đồ bố trí cốt thép trục A (T1-T3) Cột trục B: *. Phần tử 1(cột 21) : gồm các cặp nội lực sau :(quy ước nội lực cột chịu nén mang giá trị âm) Mmax = 42427K.m ; Mtư = -39306T.m Ntư = -349732T ; Nmax = -423196T Tiết diện cột : b ´ h = 60 ´ 70 cm,từ tầng 1 ¸ tầng 3 chiều cao làm việc ho = h - a = 70 - 5 = 65cm. Tính cốt thép với cặp M=42427Kg.m; N=-349732Kg : Độ lệch tâm ban đầu eo1 = M / N = 42426´ 102 /349732 = 12,13 cm (10) Độ lệch tâm ngẫu nhiên eo’ = h / 25 = 70 / 25 = 2,8 cm (11) Độ lệch tâm eo = eo1 + eo’ = 12,13 + 2,8 = 14,93cm (12) Khoảng cách e = heo + 0,5h - a = 1 ´ 14,93 + 0,5 ´ 70 - 5 =44,93 cm (13) Chiều cao vùng nén : (cm) Với x = 67,26 > aoho = 0,58 ´ 65 = 37,7 Þ xảy ra trường hợp lệch tâm bé . Tính eogh = 0,4(1,25h - aoho) = 0,4(1,25x70 – 37,70) = 19,92 (cm) Þ eo =14,93 0,2ho = 0,2.65 = 13,00 cm, tính x theo công thức. . x = 1,8 (eogh- heo)+ aoho x =1,8 (19,92-14,93 )+37,7 = 46,68(cm) Tính cốt thép : Hàm lượng trên cả tiết diện mt = 2Fa / bho = 2,56%. Î (1-3)% => thoả mãn. Tính với cặp nội lực M = 39306Kg.m; N = -423196Kg: Độ lệch tâm ban đầu eo1 = M / N = 39306´ 102 /423196 =9,29 cm (10) Độ lệch tâm ngẫu nhiên eo’ = h / 25 = 70 / 25 = 2,8 cm (11) Độ lệch tâm eo = eo1 + eo’ = 9,29 + 2,8 = 12,09 cm (12) Khoảng cách e = heo + 0,5h - a = 1 ´ 4,65 + 0,5 ´ 70 - 5 = 42,09cm (13) Chiều cao vùng nén : (cm) Với x =81,38 > aoho = 0,58 ´ 65 = 37,7Þ xảy ra trường hợp lệch tâm bé . Tính eogh = 0,4(1,25h - aoho) = 0,4(1,25x70 – 37,7) = 19,92 (cm) Þ eo =12,09 cm < eogh dựa vào eo để tính lại x.Mặt khác eo = 12,09 cm < 0,2ho = 0,2.65 = 13,00 cm, tính x theo công thức. x = h - ( 0,5h / ho + 1,8 – 1,4 ao )eo x =70 - ( 0,5 ´ 70/65 + 1,8 - 1,4 ´ 0,58 ) ´ 12,09 =51,55 (cm) Tính cốt thép : -Hàm lượng trên cả tiết diện mt = 2Fa / bho = 3,34% Chọn thép 12Æ32 (Fa = 96,52cm2). Sơ đồ bố trí cốt thép trục B (T1-T3) *Các phần tử khác: Do có sự hạn chế về khối lượng thuyết minh đồng thời việc tính toán cũng chỉ lặp lại dựa trên các công thức đã nêu trên, nên các phần khác được tính toán tương tự kết quả được thể hiện trong bảng sau: (Tính toán tương tự với các cặp tổ hợp nội lực tương ứng cho câc cột (C17-T7; C27-T7) có tiết diện bxh = 40x60 từ tầng 7-tầng 10 Thiết kế dầm. * Cơ sở tính toán : Bảng tổ hợp tính toán. TCVN 5574 - 1994 : Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép. Hồ sơ kiến trúc công trình. * Số liệu vật liệu : Bê tông dầm mác 300 có : Rn = 130 kG/cm2, Rk = 10 kG/cm2; Cốt thép dọc AII có : Ra = Ra’ = 2800 kG/cm2; Cốt thép đai AI có Rđ = 1800 kG/cm2; Các giá trị khác : Eb = 2,9 ´ 105 kG/cm2; Ea = 2,1 ´ 106 kG/cm2; Ao = 0,412. * Công thức tính toán : Với tiết diện chịu mô men dương : Cánh nằm trong vùng nén, tính : bc = b + 2C1 (1) Với C1 £ min khoảng cách giữa 2 mép trong dầm/2; ltt/6; 6hc (hc : chiều cao cánh, bằng chiều dày bản); Xác định vị trí trục trung hoà : Mc = Rn bc hc (ho -0,5hc) (2) M £ Mc : trục trung hoà đi qua cánh, tính với tiết diện chữ nhật bc´ h, tính (3) (thay b bằng bc), tính g = (4), tính (5) M ³ Mc : trục trung hoà qua sườn, tính theo tiết diện chữ T. tính A : (6) Khi A £ Ao, tra bảng được a, tính : (7) Khi A > Ao, tiết diện quá bé, tính theo tiết diện chữ T đặt cốt kép. Với tiết diện chịu mô men âm : Cánh nằm trong vùng kéo nên bỏ qua. Tính A theo (3) : Khi A £ Ao,tính g theo (4), tính Fa theo (5). Khi A ³ 0,5 : tăng kích thước tiết diện. Khi Ao < A < 0,5, đặt cốt kép, chọn trước Fa’, tính lại (8) A £ Ao, tính a = (9), chiều cao vùng nén x = aho (10) Khi x ³ 2a’, tính (11). Khi x < 2a’, tính (12) A > Ao , tăng Fa’ hoặc tính cả Fa’ và Fa. * Chọn và bố trí cốt thép : Tổng hàm lượng thép hợp lý mt = 0,8% - 1,5%, mmin = 0,15%. Đường kính cốt dọc : d < b/10, mỗi dầm không dùng quá 3 loại đường kính, trong một tiết diện êd < 6 mm. Với dầm chính : d < 32 mm dầm phụ : d = 12-20 mm Khoảng cách giữa 2 cốt thép v > d, v0 với v0 = 25 mm ở hai lớp dưới cùng; 50 mm từ lớp thứ ba bên dưới; 30 mm ở các lớp trên; khi đặt hai lớp thép sát vào nhau thì khoảng cách v > 1,5d, 1,5 v0. Khi h > 60 cm thì đặt cốt cấu tạo d = 12-14 mm. Chiều dày lớp bảo vệ : t > d, t0 với t0 = 10 mm trong bản có h < 100 mm; 15 mm trong bản có h > 100 mm và trong dầm có h < 250 mm; 20 mm trong dầm có h > 250 mm; Phần tử dầm nhịp biên A-B tầng 1 khung K2: Tiết diện b ´ h = 35 ´ 80 cm; Lớp bảo vệ a = 5cm; Chiều cao làm việc ho =75cm. Tiết diện I-I: * Mô men âm : M = - 62621.8Kg.m. Hệ số A : =0,412. => tính g = = =0,857 tính = (cm2). =0,15% Chọn thép 5Æ30 ; Fa = 35,34 cm2, lớp bảo vệ ao = 50mm Sơ đồ bố trí cốt thép dầm trục A-B mặt cắt I-I Tiết diện II-II : *Mô men dương : M = 30187 T.m Tiết diện tính toán là chữ T với các kích thước như sau Chiều rộng cách đưa vào tính toán: bc = b + 2.C1. Trong đó C1 lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau: C1 =min + ltt – nhịp tính toán của dầm, ltt=330-35=295 cm. + hc – chiều dày của bản, hc=15cm, Suy ra C1 =min, bc =35+2*108=239 cm Giả thiết a = 5cm Þ h0 =75cm. Xác định trục trung hoà: Mc = Rn. bc .hc (h0 – 0,5. hc) = 130.239.12.(75- 0,5.12) = 25725960Kgcm=257259,6Kg.m Mc >M Þ trục trung hoà đi qua cánh, tiết diện tính toán là chữ nhật bxh = bcxh = 239x80. A = = = 0,0173 < A0 = 0,412 Từ A=0,02 tra bảng có g =0,991 Fa = = = 14,5 cm2 Chọn cốt dọc 2F28+1F 18( Fa = 14,87 cm2) Sơ đồ bố trí cốt thép dầm trục A-B mặt cắt II-II Mặt cắt III-III : * Mô men âm : M = - 59286,7 Kg.m. Hệ số A : =0,412. => tính g = = =0,866 tính = (cm2). Chọn thép 3Æ30+2F28 ; Fa = 33,53 cm2, lớp bảo vệ ao = 50mm. Sơ đồ bố trí cốt thép dầm trục A-B mặt cắt III-III Phần tử dầm con son 61 tầng 1 khung K2: Tiết diện b ´ h = 35 ´ 35 cm; Lớp bảo vệ a = 5cm; Chiều cao làm việc ho = 30cm. *Tiết diện mô men âm : M = - 3854 Kg.m. Hệ số A : =0,412. => tính g = = =0,95 tính = (cm2). =0,15% Chọn thép 2Æ18 ; Fa = 5,09 cm2, lớp bảo vệ ao = 50mm. *Mô men dương : Thép chịu mô men dương của dầm công son được lấy từ thép chịu mô men dương của gối biên. Sơ đồ bố trí cốt thép dầm công son. Các phần tử khác: do có sự hạn chế về khối lượng thuyết minh, đồng thời việc tính toán cũng chỉ lặp lại dựa trên các công thức đã nêu trên, nên các phần tử khác sau khi tính toán kết quả được ghi vào bảng (quy ước mômen âm làm căng thớ trên của dầm, mômen dương làm căng thớ dưới). (Xem phụ lục). Tính toán cốt đai cho khung: Tính cốt đai cột. Do cột phần lớn làm việc như một cấu kiện lệch tâm bé nên cốt ngang chỉ đặt cấu tạo theo TCXD 198 - 1997 nhằm đảm bảo giữ ổn định cho cốt dọc, chống phình cốt thép dọc và chống nứt: Đường kính cốt đai: d³ (8; 0,25d1) = (8; 0,25´25). Chọn thép Æ8. Cốt thép ngang phải được bố trí trên suốt chiều dài cột, ngoài ra ở 2 đầu mút cột trên 1 đoạn có chiều dài: lc = max(h, l/6, 450) = max(800, 3500/6, 450) = 800mm, đặt cốt đai dày hơn với: u = min(8Fd, b/2, 200) = min(8x22, 400/2, 200) = 150mm. Trong các vùng khác cốt đai chọn : u = min(12Fd,b/2,300) = min(12x25, 400/2, 300) = 200mm Như vậy, cả 2 giá trị u=100,150mm đều đảm bảo nhỏ hơn (h,15d2)=(800,15x22)=(800, 330) (d2: đường kính bé nhất của cốt dọc). Nối cốt thép bằng nối buộc với chiều dài đoạn nối : Đồng thời lneo ³ (15d, 200mm) = (375,200). Vậy chọn chiều dài đoạn nối lneo = 700mm. Tính cốt đai dầm. * Một số yêu cầu cấu tạo : Đường kính cốt đai : d = 6; 8 mm. Trong phạm vi chiều dài 2hd = 2´800=1600mm 2 đầu dầm phải đặt các đai dày hơn ở giữa dầm. Khoảng cách cốt đai không lớn hơn giá trị tính toán theo yêu cầu chịu lực cắt (Utt, Umax) nhưng đồng thời U £ Uct = (0,25hd; 8Fd; 24Fđ; 200). Tại khu vực giữa dầm U £ Uct = min(0,5hd;12Fd; 500). Chiều dày lớp bảo vệ : t > d, t0 với t0 = 10 mm khi h < 250 mm; 15 mm khi h > 250 mm; Cốt đai cho dầm tầng điển hình : Do lực cắt Qmax trong các phần tử này chênh lệch nhau không lớn lắm nên tính toán cốt đai cho chung các phần tử này với Qmax = 25356Kg Kiểm tra điều kiện hạn chế : Q £ koRnbho (1) Bê tông mác < 400, ko = 0,35. Qmax =25356Kg£ koRnbho = 0,35 ´ 130 ´ 40 ´ 65 = 118300 kG Thoả mản điều kiện tránh phá hoại bê tông do ứng suất chính giữa các vết nứt nghiêng . Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông: Q £ 0,6Rkbho (2) Với bê tông M300 thì Rk = 10kg/cm2 => Q = 0,6 ´ 10 ´ 40 ´ 65 = 15600 kG = 15,6 T < Qmax = 25356 Kg => Không thoả mản điều kiện trên, vết nứt nghiêng hình thành, phải tính toán cốt đai. Lực phân bố mà cốt đai phải chịu qđ : kg (3) Chọn cốt đai Æ8 với fđ = 0,503cm2. Þ Chọn bố trí đai f8 a200 , 2 nhánh thoả mãn các điều kiện cấu tạo và bé hơn Umax. Khả năng chịu cắt của đai: qđ = Khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai trên tiết diệ._.