Đồ án Thiết kế chung cư số 51 đường Phạm Hùng quận 5

PHẦN II TÍNH TOÁN KẾT CẤU -------------–¯—------------- Chương 1 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN HỆ CHỊU LỰC CHÍNH CỦA CÔNG TRÌNH NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA NHÀ NHIỀU TẦNG Những công trình như thế nào được xếp vào loại nhà nhiều tầng? Hiện nay vẫn chưa có câu trả lời chính xác, rõ ràng và được mọi người chấp nhận. Định nghĩa nhà cao tầng thay đổi theo từng nước, gắn liền với một loạt các điều kiện kinh tế, kỹ thuật và xã hội riêng biệt. Tuy nhiên, để có khái niệm về nhà cao tầng mang tính khoa học, Ủy ban quốc tế nhà cao tầng đã đưa ra định nghĩa như sau: “ một công trình xây dựng được xem là nhiều tầng ở tại một vùng hoặc một thời kỳ nào đó nếu chiều cao của nó quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác so với các nhà thông thường”. Khi thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng, tải trọng ngang là yếu tố rất chủ yếu: nhà phải chịu đồng thời tác động của tải trọng đứng và tải trọng ngang. Trong nhà cao tầng, theo sự gia tăng của chiều cao, nội lực và chuyển vị do tải trọng ngang sinh ra tăng lên rất nhanh. Nếu chuyển vị ngang của công trình quá lớn sẽ làm tăng giá trị các nội lực, do độ lệch tâm của trọng lượng, làm các tường ngăn và các bộ phận trong công trình bị hư hại, gây cảm giác khó chịu, hoảng sợ, ảnh hưởng đến tâm lý của người sử dụng công trình. Vì vậy, kết cấu nhà nhiều tầng không chỉ đảm bảo đủ cường độ chịu lực, mà còn phải đảm bảo đủ độ cứng để chống lại các tải trọng ngang, sao cho dưới tác động của các tải trọng ngang, dao động và chuyển vị ngang của công trình không vượt quá giới hạn cho phép. Việc tạo ra hệ kết cấu để chịu các tải trọng này là vấn đề quan trọng trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng. Đặc trưng chủ yếu của nhà nhiều tầng là số tầng nhiều, độ cao lớn, trọng lượng nặng. Đa số nhà cao tầng lại có diện tích mặt bằng tương đối nhỏ hẹp nên các giải pháp nền móng cho nhà cao tầng là vấn đề được quan tâm hàng đầu. Tùy thuộc môi trường xung quanh, địa thế xây dựng, tính kinh tế, khả năng thực hiện kỹ thuật, mà lựa chọn một phương án thích hợp nhất. Ở Việt Nam, phần lớn diện tích xây dựng nằm trong khu vực đất yếu nên thường phải lựa chọn phương án móng sâu để chịu tải tốt nhất. Cụ thể ở đây là móng cọc. Mặt khác, đặc điểm thi công nhà nhiều tầng là theo chiều cao, điều kiện thi công phức tạp, nguy hiểm. Do vậy, khi thiết kế biện pháp thi công phải tính toán kỹ, quá trình thi công phải nghiêm ngặt, đảm bảo độ chính xác cao, đảm bảo an toàn lao động và chất lượng công trình khi đưa vào sử dụng. Như vậy, khi tính toán và thiết kế công trình, đặc biệt là công trình nhà nhiều tầng thì việc phân tích lựa chọn kết cấu hợp lý cho công trình đóng vai trò vô cùng quan trọng. Nó không những ảnh hưởng đến độ bền, độ ổn định của công trình mà còn ảnh hưởng đến sự tiện nghi trong sử dụng và quyết định đến giá thành công trình. PHÂN TÍCH HỆ CHỊU LỰC CHO CHUNG CƯ SỐ 51 (ĐƯỜNG PHẠM HÙNG) Các hệ kết cấu chịu lực thường dùng trong nhà nhiều tầng: 1.2.1. Kết cấu thuần khung Kết cấu này có không gian lớn, bố trí mặt bằng linh hoạt, có thể đáp ứng khá đầy đủ yêu cầu sử dụng công trình nhưng độ cứng ngang của kết cấu thuần khung nhỏ, khả năng chống lại tác động của tải trọng ngang tương đối kém. Để khắc phục nhược điểm này thì mặt cắt cột, dầm tương đối lớn, bố trí cốt thép tương đối nhiều gây ảnh hưởng đến công năng sử dụng của công trình và tăng độ cao của ngôi nhà. Vì vậy, vì vậy kết cấu khung chịu lực không thể chọn để làm kết cấu chịu lực chính cho công trình. 1.2.2. Kết cấu vách cứng Trong hệ kết cấu này, các tấm tường phẳng, thẳng đứng là cấu kiện chịu lực chính của công trình. Độ cứng ngang tương đối lớn, khả năng chống lại tải trọng ngang lớn. Tuy nhiên, việc dùng toàn bộ hệ vách để chịu tải trọng ngang và tải trọng đứng có một số hạn chế: . Gây tốn kém vật liệu; . Độ cứng của công trình quá lớn không cần thiết; . Thi công chậm; . Khó thay đổi công năng sử dụng khi có yêu cầu. Nên cần xem xét kỹ khi chọn hệ chịu lực này. 1.2.3. Kết cấu khung không gian lớn tầng dưới đỡ vách cứng Chân tường dọc, ngang của vách cứng không làm tới đáy ở tầng một hoặc một số tầng bên dưới. Dùng khung đỡ vách cứng ở trên hình thành kết cấu khung đỡ vách cứng. Loại này vừa có thể đáp ứng yêu cầu không gian lớn bên dưới vừa có khả năng chống lại tải trọng ngang tương đối lớn. Tuy nhiên, đây là công trình chung cư không có nhu cầu mở rộng không gian bên dưới, nên kết cấu này không thích hợp. 1.2.3. Kết cấu khung - tường chịu lực Là hệ kết cấu kết cấu kết hợp thuần khung và vách cứng, lấy lợi thế của cái này bổ sung bất lợi của cái kia, công trình vừa có không gian sử dụng, vừa chống tải trọng ngang tố. Vách cứng có thể bố trí đứng riêng cũng có thể lợi dụng cho tường gian thang máy, tường ngăn cầu thang. Khung có thể là kết cấu bê tông cốt thép cũng có thể là thép, vách cứng thường là bê tông cốt thép. Qua xem xét, phân tích các hệ chịu lực như đã nêu trên và dựa vào các đặc điểm của công trình như giải pháp kiến trúc, ta có một số nhận định sau đây để lựa chọn hệ kết cấu chịu lực chính cho công trình Chung Số 51 (đường Phạm Hùng) - Chung cư nhiều tầng số 51 (đường Phạm Hùng) là công trình có 10 tầng, với chiều cao 34m so với mặt đất tự nhiên, diện tích mặt bằng tầng điển hình 20mx48m. - Do công trình được xây dựng trên địa bàn Tp. Hồ Chí Minh là vùng hầu như ít xảy ra động đất, nên không xét đến ảnh hưởng của động đất. - Do vậy, kết cấu khung – vách cứng có những ưu điểm như trên, phù hợp với qui mô công trình, và sơ đồ này có thể cho phép giảm kích thước cột tối đa trong phạm vi cho phép, vì khung có độ cứng chống uốn tốt, nhưng độ cứng chống cắt kém, còn vách cứng thì ngược lại, có độ cứng chống cắt tốt nhưng độ cứng chống uốn kém. Sự tương tác giữa khung và vách khi chịu lực tải trọng ngang đã tạo ra một hiệu ứng có lợi cho sự làm việc của kết cấu hỗn hợp khung – vách. - Việc bố trí vách trong nhà cao tầng rất quan trọng, ứng với đặc điểm của mặt bằng công trình, bố trí các vách theo cả hai phương, liên kết với nhau tạo thành lõi cứng được đặt tại tâm công trình, và có độ cứng theo hai phương gần bằng nhau, tránh hiện tượng công trình bị xoắn khi dao động . Kết luận: Chọn hệ chịu lực chính của công trình Chung Cư Số 51 là hệ gồm có sàn sườn và khung kết hợp với lõi cứng cầu thang. CÁC TÀI LIỆU DÙNG CHO THIẾT KẾ 1.3.1. Các tiêu chuẩn và tài liệu tham khảo [1] TCVN 2737 : 1995, Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn xây dựng, NXB Xây dựng Hà Nội, 2002. [2] TCVN 5574 : 1991, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế. [3] TCXD 195 : 1997, Nhà cao tầng – Thiết kế cọc khoan nhồi, NXB Xây dựng Hà Nội, 1999. [4] TCVN 198 : 1997, Nhà cao tầng – Thiết kế cấu tạo bê tông cốt thép toàn khối, NXB Xây dựng Hà Nội, 1999. [5] TCXD 45 : 1978, Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình, NXB Xây dựng Hà Nội, 2002. [6] TCXD 74 : 1987, Đất xây dựng – Phương pháp chỉnh lý thống kê các kết quả xác định các đặc trưng của chúng, NXB Xây dựng Hà Nội, 2002. [7] TCXD 205 : 1998, Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng Hà Nội, 2002. 1.3.2. Một số tài liệu tham khảo khác Được giới thiệu trong phần phụ lục 1.3.3. Hồ sơ kiến trúc công trình 1.3.4. Hồ sơ khảo sát địa chất công trình VẬT LIỆU SỬ DỤNG Sử dụng bê tông mác 300: Rn = 130 (KG/cm2) Rk = 10 (KG/cm2) E = 2.9x105 (KG/cm2) - Sử dụng cốt thép: AI: Ra = Ra’ = 2100 (KG/cm2) AII: Ra = Ra’ = 2700 (KG/cm2) MÔ HÌNH HÓA KẾT CẤU Sự cần thiết phải mô hình hóa kết cấu: Chúng ta không thể phân tích được kết cấu thực tế, mà chỉ có thể thử tải để xác định phản ứng của kết cấu. Chúng ta chỉ có thể phân tích được “mô hình của kết cấu” chứ không phân tích kết cấu thực đươc. Do đó, chúng ta cần phải “mô hình kết cấu” và cần có công cụ để phân tích mô hình đó. Trong nội dung đồ án này, sẽ dùng Phương pháp phần tử hữu hạn để làm công cụ phân tích với sự trợ giúp của phần mềm phân tích kết cấu. Mô hình không gian gồm có: cột, dầm, sàn, cầu thang chính. Phân tích kết cấu bằng phần mềm ETABS version 9.04. 1.6. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CÁC KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN 1.6.1. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm Sơ bộ chọn chiều cao dầm theo công thức sau: trong đó: md - hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng; md = 8 ÷ 12 - đối với hệ dầm chính, khung một nhịp; md = 12 ÷ 16 - đối với hệ dầm chính, khung nhiều nhịp; md = 16 ÷ 20 - đối với hệ dầm phụ; ld - nhịp dầm. Bề rộng dầm được chọn theo công thức sau: Kích thước tiết diện dầm được trình bày trong sau: Bảng 1.1: Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm Loại dầm Kí hiệu Nhịp dầm ld (m) Hệ số md Chiều cao h (mm) Bề rộng b (mm) Chọn tiết diện bxh (mm) Dầm khung D1 7 12 583.33 194.44 300x600 D2 6 12 500.00 166.67 300x600 D3 8 12 666.67 222.22 300x600 Dầm khung DP1 7 16 437.50 145.83 300x500 DP2 6 16 375.00 125.00 300x500 DP3 7 16 437.50 145.83 300x500 DP4 3 16 187.50 62.50 300x500 Dầm môi sơ bộ chọn 200x300. 1.6.2. Chọn sơ bộ chiều dày sàn Chọn sơ bộ chiều dày bản sàn theo công thức sau: trong đó: D - hệ số kinh nghiệm phụ thuộc hoạt tải sử dụng; ms = 30 ÷ 35 - đối với bản loại dầm; ms = 40 ÷ 45 - đối với bản kê bốn cạnh; l - nhịp cạnh ngắn của ô bản. Đối với nhà dân dụng thì chiều dày tối thiểu của sàn là hmin = 6cm. Chọn ô sàn S1(4mx7m) là ô sàn có cạnh ngắn lớn nhất làm ô sàn điển hình để tính chiều dày sàn: = = 10cm Vậy chọn hs = 10cm cho toàn sàn nhằm thỏa mãn truyền tải trọng ngang cho các kết cấu đứng. Bảng 1.2: Bảng phân loại ô sàn 1.6.3. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột Công thức tính sơ bộ tiết diện cột: (theo [12]) (m2) trong đó: kt - hệ số xét đến ảnh hưởng khác như moment, hàm lượng thépphụ thuộc vào người thiết kế ảnh hưởng moment lớn: kt= 1.3 ÷ 1.5 ảnh hưởng moment nhỏ: kt= 1.1 ÷ 1.2; Rb- cường độ tính toán về nén của bê tông; N- lực nén, được tính toán gần đúng như sau: N = ms.q.Fs Fs - diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét ms - số sàn phía trên tiết diện đang xét ( kể cả sàn) q - tải trọng tương đương tính trên mỗi mét vuông mặt sàn.Lấy theo kinh nghiệm q = 10 kN/m2; Kích thước tiết diện cột được chọn sơ bộ có được xem hợp lý hay không về mặt chịu lực chỉ được đánh giá sau khi đã tính toán và bố trí thép và dựa vào tỉ lệ phần trăm cốt thép. Trong nhà cao tầng, theo chiều cao từ móng đến mái lực nén trong cột giảm dần. Để đảm bảo hợp lý về mặt sử dụng vật liệu cần giảm khả năng chịu lực của cột. Tuy nhiên, cần tránh thay đổi độ cứng đột ngột. Độ cứng của tầng trên khộng được nhỏ hơn 70% độ cứng tầng dưới kề với nó. Bảng 1.3: Kích thước sơ bộ cột Tầng Cột qi (kG/m2) Si (m2) k N (kG) F (cm2) Tiết diện chọn 1;2 Biên 1000 40 1.2 40000 3260 50x70 3;4;5 1000 40 1.2 40000 2541 40x60 6;7;8 1000 40 1.2 40000 1452 30x50 9;10 1000 40 1.2 40000 726 30x40 1;2 Giữa 1000 52 1.1 52000 4590 60x80 3;4;5 1000 52 1.1 52000 3295 50x70 6;7;8 1000 52 1.1 52000 2219 40x60 9;10 1000 52 1.1 52000 942 40x50 1;2 Góc 1000 14 1.3 1300 1569 30x60 3;4;5 1000 14 1.3 1300 1352 30x50 6;7;8 1000 14 1.3 1300 1040 30x40 9;10 1000 14 1.3 1300 672 30x40