Trụ sở công ty cổ phần xây dựng số 5

PHẦN II TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH HỆ CHỊU LỰC NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA NHÀ CAO TẦNG Những công trình như thế nào được xếp vào loại nhà cao 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, gằn 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 cao 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 cao 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 cao 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 cao 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 cao 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. KẾT CẤU CHỊU LỰC CHÍNH Khung là một hệ thanh bất biến hình, là kết cấu rất quan trọng trong công trình, tiếp nhận tải trọng sử dụng từ các sàn tầng rồi truyền xuống móng. - Đây là công trình thuộc dạng khung có chiều cao tầng 37.4m < 40m cho nên ta không cần phải bố trí vách cứng chịu lực. Mặt bằng công trình dạng đa giác và kích thước hai cạnh lớn gần bằng nhau, do đó công trình được tính như làm việc theo hai phương. Lúc này nội lực gây ra trong khung theo 2 phương, nên khi tính toán chúng ta phải tính theo khung không gian. - Kết cấu khung không gian tính toán rất phức tạp, vì vậy chúng ta dùng các chương trình phần mềm kết cấu để trợ giúp cho phần tính toán như: sap2000, etabs… - Sơ đồ tính là trục của dầm, sàn; liên kết giữa cột và móng là liên kết ngàm, liên kết giữa cột và dầm là nút cứng, liên kết giữa sàn với dầm cũng là nút cứng tạo thành hệ thống khung sàn hỗn hợp có vách cứng. Hệ khung này có khả năng tiếp nhận tải trọng ngang và thẳng đứng tác động vào ngôi nhà. - Sàn cũng là kết cấu cùng tham gia chịu tải trọng ngang, bởi vì trong mặt phẳng ngang sàn có độ cứng khá lớn (xem như tuyệt đối cứng theo phương ngang). - Vị trí cột ngàm với móng được xem như tại mặt trên của móng. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN Xác định tải trọng thẳng đứng tác dụng lên sàn (tỉnh tải, hoạt tải). Xác định tải trọng thang máy và bể nước. Xác định tải trọng ngang gió (gồm gió tĩnh và gió động). Xác định áp lực đất. Đưa các giá trị đã xác định trên đặt lên khung để tính toán nội lực. Sử dụng phần mềm Sap 2000 để giải tìm nội lực. Sau khi tính khung tải trọng sẽ được truyền theo cột xuống móng từ đó bắt đầu tiến hành tính móng. CHƯƠNG 2 CƠ SƠ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH TIÊU CHUẨN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ Công việc thiết kế phải tuân theo các quy phạm, các tiêu chuẩn thiết kế do nhà nước Việt Nam quy định đối với ngành xây dựng. Những tiêu chuẩn sau đây được sử dụng trong quá trình tính toán: [1] TCVN 2737 : 1995, Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn xây dựng, NXB Xây dựng Hà Nội, 2002. [2] TCVN 356 : 2005, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng Hà Nội, 2005. [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 229: 1999, Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió. [6] TCXD 205 : 1998, Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng Hà Nội, 2002. - Ngoài các tiêu chuẩn quy phạm trên còn sử dụng một số sách, tài liệu chuyên ngành của nhiều tác giả khác nhau (Trình bày trong phần tài liệu tham khảo). VẬT LIỆU SỬ DỤNG - Bê tông cọc, móng, dầm, sàn, cột, vách cứng dùng đá 1x2, mác 300 với các chỉ tiêu như sau: Cường độ chịu nén tính toán : Rn = 130 kG/cm2 Cường độ chịu kéo tính toán: Rk = 10 kG/cm2 Mođun đàn hồi: Eb = 2.9x105 kG/cm2 Cốt thép: f6, f8, f10: thép AI ( Ra = Ra’ = 2300 kG/cm2). f>10: thép AII (Ra = Ra’ = 2800 kG/cm2). Ea = 2.1x106 kG/cm2. α0 = 0.58 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CÁC KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN 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: 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(4mx5m) 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. Riêng sàn tầng hầm, ram dốc chọn dày 200, bản thang dày 100. 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 thép…phụ 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.