thiết kế nhà cao tầng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.8 MB, 49 trang )
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
Phần kết cấu
( 45% )
Giáo viên hớng dẫn : Th.s Trần Mạnh Dũng.
Nhiệm vụ :
1.
2.
3.
4.
5.
Thiết kế khung K4.
Tính toán sàn tầng điển hình.
Tính toán vách thang máy.
Tính toán móng khung K4.
Tính toán thang bộ tầng điển hình.
Bản vẽ kèm theo :
- 01 bản vẽ kết cấu sàn và thang máy tầng điển hình.
- 01ữ02 bản vẽ kết cấu khung K4.
- 01 bản vẽ kết cấu móng.
- 01 bản vẽ kết cấu vách thang máy.
Chơng 1: giải pháp kết cấu.
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
7
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
Trong thiết kế nhà cao tầng thì vấn đề lựa chọn giải pháp kết cấu là rất quan trọng bởi việc lựa
chọn các giải pháp kết cấu khác nhau có liên quan đến các vấn đề khác nh bố trí mặt bằng và giá thành
công trình.
I. Đặc điểm thiết kế nhà cao tầng
- Tải trọng ngang:
Một nhân tố chủ yếu trong thiết kế nhà cao tầng là tải trọng ngang vì tải trọng ngang gây ra nội
lực và chuyển vị rất lớn. Theo sự tăng lên của chiều cao, chuyển vị ngang tăng lên rất nhanh gây ra một
số hậu quả bất lợi nh: làm kết cấu tăng thêm nội lực phụ có thể dẫn đến giảm chất lợng công trình (nh
làm nứt, gãy... tờng và một số chi tiết trang trí) thậm chí gây phá hoại công trình. Mặt khác chuyển vị lớn
sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho con ngời khi làm việc và sinh sống trong đó.
- Giảm trọng lợng của bản thân:
Việc giảm trọng lợng bản thân có ý nghĩa quan trọng do giảm trọng lợng bản thân sẽ làm giảm áp
lực tác dụng xuống nền đất đồng thời do trọng lợng giảm nên tác động của gió động và tác động của
động đất cũng giảm đem đến hiệu quả là hệ kết cấu đợc nhỏ gọn hơn, tiết kiệm vật liệu, tăng hiệu quả
kiến trúc . .
II. lựa chọn gải pháp kết cấu:
1. Các giải pháp kết cấu:
Theo các dữ liệu về kiến trúc nh hình dáng, chiều cao nhà, không gian bên trong yêu cầu thì các
giải pháp kết cấu có thể là :
Hệ tờng chịu lực :
Trong hệ này các cấu kiện thẳng đứng chịu lực của nhà là các tờng phẳng. Tải trọng ngang truyền
đến các tấm tờng qua các bản sàn. Các tờng cứng làm việc nh các công xon có chiều cao tiết diện lớn.
Giải pháp này thích hợp cho nhà có chiều cao không lớn và yêu cầu về không gian bên trong không cao
(không yêu cầu có không gian lớn bên trong ) .
Hệ khung chịu lực :
Hệ này đợc tạo thành từ các thanh đứng và thanh ngang là các dầm liên kết cứng tại chỗ giao nhau
gọi là các nút khung. Các khung phẳng liên kết với nhau qua các thanh ngang tạo thành khung không
gian. Hệ kết cấu này khắc phục đợc nhợc điểm của hệ tờng chịu lực. Nhợc điểm chính của hệ kết cấu
này là kích thớc cấu kiện lớn.
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 khả năng chịu lực ngang khá tốt và tận dụng đ ợc
giải pháp vách cầu thang là vách bê tông cốt thép. Tuy nhiên để hệ kết cấu thực sự tận dụng hết tính u
việt thì hệ sàn của công trình phải rất dày và phải có biện pháp thi công đảm bảo chất lợng vị trí giao
nhau giữa sàn và vách.
Hệ hộp chịu lực :
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
8
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
Hệ này truyền tải theo nguyên tắc các bản sàn đợc gối vào kết cấu chịu tải nằm trong mặt phẳng tờng ngoài mà không cần các gối trung gian bên trong. Giải pháp này thích hợp cho các công trình cao
cực lớn (thờng trên 80 tầng).
2. Lựa chọn hệ kết cấu cho công trình:
Qua phân tích một cách sơ bộ nh trên ta nhận thấy mỗi hệ kết cấu cơ bản của nhà cao tầng đều
có những u, nhợc điểm riêng. Với công trình này do có chiều cao lớn ( 60m ) và yêu cầu không gian
linh hoạt cho các phòng hội thảo và các gian siêu thị nên giải pháp tờng chịu lực khó đáp ứng đợc. Với
hệ khung chịu lực do có nhợc điểm là gây ra chuyển vị ngang lớn và kích thớc cấu kiện lớn nên không
phù hợp với công trình là Nhà làm việc. Dùng giải pháp hệ lõi chịu lực thì công trình cần phải thiết kế với
độ dày sàn lớn, lõi phân bố hợp lí trên mặt bằng, điều này dẫn tới khó khăn cho việc bố trí mặt bằng với
công trình là nhà làm việc. Vậy để thoả mãn các yêu cầu kiến trúc và kết cấu đặt ra cho một nhà cao
tầng làm văn phòng cho thuê ta chọn biện pháp sử dụng hệ hỗn hợp là hệ đợc tạo thành từ sự kết hợp
giữa hai hoặc nhiều hệ cơ bản. Dựa trên phân tích thực tế thì có hai hệ hỗn hợp có tính khả thi cao là :
Sơ đồ giằng :
Sơ đồ này tính toán khi khung chỉ chịu phần tải trọng thẳng đứng t ơng 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 nh lõi, tờng
chịu. Trong sơ đồ này thì tất cả các nút khung đều có cấu tạo khớp hoặc tất cả các cột có độ cứng
chống uốn bé vô cùng .
Sơ đồ khung giằng :
Sơ đồ này coi khung cùng tham gia chịu tải trọng thẳng đứng với xà ngang và các kết cấu chịu
lực cơ bản khác. Trờng hợp này có khung liên kết cứng tại các nút (gọi là khung cứng ) .
Lựa chọn kết cấu chịu lực chính :
Qua việc phân tích trên ta nhận thấy sơ đồ khung giằng là hợp lí nhất. ở đây việc sử dụng kết cấu
lõi (lõi cầu thang máy) và vách cứng ( vách cứng bố trí trong gian cầu thang bộ) vào cùng chịu tải đứng
và ngang với khung sẽ làm tăng hiệu quả chịu lực của toàn kết cấu lên rất nhiều đồng thời nâng cao
hiệu quả sử dụng không gian. Đặc biệt có sự hỗ trợ của lõi làm giảm tải trọng ngang tác dụng vào từng
khung sẽ giảm đợc khá nhiều trị số mômen do gió gây ra. Sự làm việc đồng thời của khung và lõi là u
điểm nổi bật của hệ kết cấu này. Do vậy ta lựa chọn hệ khung giằng là hệ kết cấu chính chịu lực cho
công trình.
3. Lựa chọn sơ đồ tính:
Từ mặt bằng nhà ta thấy tỷ lệ L/B của phần cao tầng xấp xỉ 1. Mặt khác kiến trúc nhà khá phức
tạp, hệ lõi cứng đợc bố trí ở gian thang máy và gian thang bộ là không đối xứng nhau. Do đó ta chọn sơ
đồ tính không gian là thích hợp nhất. Chơng trình phân tích nội lực sử dụng ở đây là chơng trình
Sap2000 là một chơng trình tính rất mạnh và đợc dùng phổ biến hiện nay ở nớc ta.
III. cơ sở tính toán kết cấu
-Giải pháp kiến trúc .
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
9
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
-Tiêu chuẩn về tải trọng và tác động TCVN 2737-1995.
-Kiến thức của môn cơ học kết cấu.
-Tiêu chuẩn thiết kế bê tông TCVN 5574-1991.
VI. Vật liệu sử dụng.
Nhà cao tầng thờng sử dụng vật liệu là kim loại hoặc bê tông cốt thép. Công trình làm bằng kim
loại có u điểm là độ bền cao, công trình nhẹ, đặc biệt là có tính dẻo cao do đó công trình khó sụp đổ
hoàn toàn khi có địa chấn. Tuy nhiên thi công nhà cao tầng bằng kim loại rất phức tạp, giá thành công
trình cao và việc bảo dỡng công trình khi đã đ a vào khai thác là rất khó khăn trong điều kiện khí hậu nớc
ta.
Công trình bằng bê tông cốt thép có nhợc điểm là nặng nề, kết cấu móng lớn, nhng khắc phục đợc các nhợc điểm trên của kết cấu kim loại và đặc biệt là phù hợp với điều kiện kĩ thuật thi công hiện
nay của ta.
Qua phân tích trên chọn vật liệu bê tông cốt thép cho công trình. Sơ bộ chọn vật liệu nh sau:
- Bê tông dầm, sàn mác 250# có Rn=110 KG/cm2 , Rk=8,8 KG/cm2.
- Bê tông cột, lõi mác 300# có Rn=130 KG/cm2 , Rk=10 KG/cm2.
- Thép chịu lực AII có Ra= Ra = 2700 KG/cm2.
Thép cấu tạo AI có Ra= 2100 KG/cm2
- Các loại vật liệu khác thể hiện trong các hình vẽ cấu tạo.
V. lập mặt bằng kết cấu sàn & chọn tiết diện các cấu kiện.
1 . Chọn giải pháp kết cấu sàn
+ Với sàn nấm :
Ưu điểm của sàn nấm là chiều cao tầng giảm nên cùng chiều cao nhà sẽ có số tầng lớn hơn,
đồng thời cũng thuận tiện cho thi công. Tuy nhiên để cấp nớc và cấp điện điều hoà ta phải làm trần giả
nên u điểm này không có giá trị cao.
Nhợc điểm của sàn nấm là khối lợng bê tông lớn dẫn đến giá thành cao và kết cấu móng nặng
nề, tốn kém. Ngoài ra dới tác dụng của gió động và động đất thì khối lợng tham gia dao động lớn Lực
quán tính lớn Nội lực lớn làm cho cấu tạo các cấu kiện nặng nề kém hiệu quả về mặt giá thành cũng
nh thẩm mỹ kiến trúc .
+ Với sàn sờn :
Do độ cứng ngang của công trình lớn nên khối lợng bê tông khá nhỏ Khối lợng dao động giảm
Nội lực giảm Tiết kiệm đợc bê tông và thép
Cũng do độ cứng công trình khá lớn nên chuyển vị ngang sẽ giảm tạo tâm lí thoải mái cho khách .
Nhợc điểm của sàn sờn là chiều cao tầng lớn và thi công phức tạp hơn phong án sàn nấm tuy
nhiên đây cũng là phơng án khá phổ biến do phù hợp với điều kiện kỹ thuật thi công hiện nay của các
công ty xây dựng .
+ Với sàn ô cờ :
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
10
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
Tuy khối lợng công trình là nhỏ nhất nhng rất phức tạp khi thi công lắp ván khuôn ,đặt cốt thép,
đổ bê tông . . nên phong án này không khả thi.
Qua phân tích, so sánh ta chọn phơng án dùng sàn sờn.
2. Chọn chiều dày sàn
D
ì l ng
Chiều dày sàn chọn theo công thức: hS= m
Trong đó D: hệ số phụ thuộc tải trọng, D = 0,8ữ1,4.
m: hệ số phụ thuộc loại bản, với bản kê 4 cạnh m = 40ữ50.
Với bản loại dầm m = 30ữ35
lng: là cạnh ngắn của ô bản.
Xét ô bản tầng điển hình là loại bản làm việc theo hai phơng (bản kê 4 cạnh) có lng = 4,05 m.
hS=
1,1
ì 405 =11.1 cm chọn hS=12cm.
40
Vậy ta chọn hs = 12 cm cho toàn nhà.
3. Chọn kích thớc tiết diện dầm.
Ta chọn kích thớc tiết diện dầm cho các tầng đều nhau với nhịp dầm lớn nhất .
Sơ bộ chọn bề rộng dầm b=30cm. Riêng các dầm phụ giữa ô bản chọn rộng 22cm.
a, Tầng 1ữ4: Chiều cao tầng là 5,4m.
- Chiều cao tiết dầm dầm chính nhịp l1 = 8,1 m:
1
1
ì 810 70 cm bìh = 300ì700.
.l Với m=8ữ12 lấy m=12 hd=
m
12
- Chiều cao tiết dầm dầm chính nhịp l1=10,8 m (thuộc đơn nguyên 15 tầng):
1
hd= ì 1080 = 90 cm. bìh = 300ì900
12
hd=
- Kích thớc dầm phụ chọn bìh = 300ì600
b, Đơn nguyên 15 tầng:
Các tầng 4ữ14 đợc sử dụng làm văn phòng cho ngời nớc ngoài thuê, yêu cầu có điều hoà nhiệt
độ cho tất cả các phòng. Do đó cần phải làm trần treo cho mỗi phòng, dẫn đến làm giảm chiều cao sử
dụng của phòng trong khi đó chiều cao tầng không lớn (3,6m). Mặt khác nhịp nhà là t ơng đối lớn (8,1m
và 10,8m) làm cho chiều cao dầm vì thế cũng lớn (với nhịp 10,8m yêu cầu dầm cao tối thiểu 900mm). Vì
vậy ở đây ta chọn giải pháp hệ dầm bẹt kích thớc bìh = 80ì60 cm cho các dầm chính, còn các dầm
phụ chọn sơ bộ bìh = 30ì60 cm.
Các tầng 1, 2, 3 không dùng làm văn phòng nhng để thống nhất kích thớc cấu kiện thuận tiện cho
thi công ta cũng chọn kích thớc giống nh các tầng trên.
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
11
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
4. Kích thớc tiết diện cột.
Kích thớc cột đợc chọn dựa vào tải trọng, độ mảnh và các điều kiện khác.
Kích thớc sơ bộ xác định theo công thức : F= kì
N
R
N : Tổng lực dọc chân cột
R : Cờng độ bê tông (Rn=130 KG/cm2 bêtông mác 300#)
k =1,2ữ1,5 hệ số kể đến các trờng hợp tải trọng mà ta cha kể tới nh gió.
Tải trọng sơ bộ lấy là trong khoảng 1,1ữ1,5 T/m2 sàn, chọn 1,2 T/m2 sàn
a, Phần thấp tầng:
Diện tích sàn dồn vào cột trục C lớn nhất là (8,1ì8,1) m2, nhà có 4 tầng kể cả tầng hầm.
N=1,2ì(8,1ì8,1)ì4=314,928 T=314928 KG.
Fcột= (1,2ữ1,5)ì
314928
= 2907,03 ữ 3633,785 cm2
130
Chọn kích thớc cột tầng hầm và các tầng 1, 2, 3 nh nhau là 55ì55cm ( F = 3025 cm2 ).
b, Phần cao tầng:
-Diện tích truyền tải lớn nhất 10,8ì8,1m. N1= 1,2ì
d
c
10800
e
10800
3
8100
3
là phần diện
4
tích truyền tải trên mỗi tầng
đã trừ đi phần sàn thuôc
gian cầu thang bộ và thang
máy.
Trong đó
3
(10,8ì8,1)ì15 = 1180,9 T.
4
8100
4
5
Fcột = (1,2ữ1,5)ì
1180900
=10901,35 ữ 13626,69 cm2.
130
Chọn kích thớc cột tầng hầm, tầng 1ữ4 là 1000ì1000.
Tầng 5 ữ 10 chọn 900ì900.
Tầng 11 ữ 15 chọn 800ì800. ( Các kích thớc này có thể đợc thay đổi sau phần tính thép)
5. Chọn kích thớc của lõi:
Chiều dày của lõi thang máy và thang bộ lấy theo hai điều kiện sau đây:
t (16cm,
1
1
Ht = 5400 =270mm) Chọn t = 30 cm.
20
20
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
12
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
Chơng 2: xác định tải trọng.
Việc xác định tải trọng tác dụng lên công trình đợc lấy theo TCVN 2737-95 về tải trọng và tác động.
I .xác định tải trọng đứng:
1. Tĩnh tải:
a.Tĩnh tải tác dụng trên sàn phòng làm việc có chiều dày 12cm:
Tĩnh tải tác dụng tính toán lên sàn tính trong bảng sau:
Các lớp
Chiều dày
1lớp
2lớp
lót
vữa XM 50#
gạch lát
3- Sàn BTCT 250#
4- Trần treo
Tổng
20
15
120
KG/m3
2200
1800
2500
tc
KG/m2
44
27
500
30
n
1.1
1.3
1.1
1.2
235
tt
KG/m2
48,4
35,1
330
36
449,5
b.Tĩnh tải trên sàn mái:
Cấu tạo
Chiều dày
Lớp gạch
Lớp
vữa XM 50#
lá lótnem
Gạch lỗ chống nóng
Lớp vữa lót XM 50#
Bê tông chống thấm
BT nhẹ tạo dốc
Sàn BTCT
Trần treo
Tổng
mm
20
20
100
10
40
100
120
kG/m3
1500
1800
1500
1800
2500
1600
2500
gtc
KG/m2
30
36
150
18
100
160
300
30
gtc
kG/m3
2200
1800
1600
2500
1800
gtc
kG/m2
44
27
160
300
27
n
1,1
1,3
1,2
1,3
1,1
1,3
1,1
1,2
gtt
KG/m2
33
46,8
180
23,4
110
208
330
36
967,2
c. Tĩnh tải sàn phòng vệ sinh:
Các lớp
Dày
mm
Lớp gạch
20
#
ceremic
Lớp
vữa lót XM50
15
Lớp bê tông xỉ tạo dốc 2%
100
#
Sàn BTCT 250
120
#
Lớp vữa trát trần XM50
15
Tổng cộng
d. Tĩnh tải tờng ngăn, tờng bao, vách ngăn, tờng chắn :
n
1.1
1.3
1.3
1.1
1.3
gtt
KG/m2
48.4
35.1
208
330
35.1
665,6
* Tầng 1,2,3 (chiều cao tầng là 5,4m, chiều cao dầm trung bình là 800) gồm ba loại tờng nh sau:
+ Loại 1 : Các tờng gạch xây 220 cao 1,2m, phía trên dùng cửa khung nhôm kính:
Phần tờng : tờng 220 : 1,1ì0,22ì1800 = 435,6 kG/m2.
Lớp vữa trát dày 3 cm: 1,3ì0,03ì1800=70,2 kG/m2.
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
13
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
Phần khung nhôm kính cao 5,4 -1,2 - 0,8 = 3,4m: 1,1ì25 = 27,5 kG/m2
Tải trọng phân bố đều trên 1m dài tờng loại này là:
gt1 = 1,2ì(435,6 + 70,2) + 3,4ì27,5 = 700,46 kG/m.
+ Loại 2: Tờng gạch 220 hoàn toàn:
gt2=(1,1ì0,22ì1800 + 1,3ì0.03ì1800)ì(5,4 - 0,8)=2326,48 (KG/m)
+ Loại 3: Tờng gạch 110 hoàn toàn:
gt3=(1,1ì0,11ì1800 + 1,3ì0,03ì1800)ì(5,4 - 0,8)=1324,8 (KG/m)
* Tầng 4 chiều cao tầng 4,2m dùng loại tờng gạch kết hợp với khung nhôm kính:
gt4 = 1,2ì(435,6 + 70,2) + (4,2 - 1,2 - 0,6)ì27,5 = 672,96 kG/m.
Ngoài ra còn dùng cả tờng gạch hoàn toàn 220:
gt5=(1,1ì0,22ì1800 + 1,3ì0.03ì1800)ì(4,2 - 0,6)=1820,88 (KG/m)
* Tầng điển hình chiều cao tầng 3,6m dùng loại tờng gạch kết hợp với khung nhôm kính:
gt6 = 1,2ì(435,6+70,2)+(3,6-1,2-0,7)ì27,5 = 656,46 kG/m.
Tờng gạch 220 hoàn toàn ( khu vệ sinh và các góc nhà):
gt7=(1,1ì0,22ì1800+1,3ì0.03ì1800)ì(3,6 - 0,7)=1517,4 (KG/m).
ở các tầng điển hình có tờng loại gạch-khung kính kê trực tiếp lên sàn, mỗi ô sàn có kích thớc
4,05ì4,05m. Để đơn giản ta quy về thành lực phân bố đều trên diện tích sàn g st = gt6 /4,05 = 162kG/m2.
Phần sàn có tờng kê trực tiếp ta sẽ đặt cốt thép dày hơn các chỗ khác để chịu lực tác động cục bộ,
đồng thời đặt thêm 1 khung thép cấu tạo. Cấu tạo này cũng đợc sử dụng dới các bức tờng ngăn trong
các phòng vệ sinh thay cho các dầm phụ.
e.Tĩnh tải do cầu thang bộ tác dụng.
Cấu tạo và tải trọng cầu thang bộ bao gồm:
- Các lớp vữa trát dày 3 cm, = 1800, n=1,3:
g1 = 1800ì0,03ì1,3 = 70,2 kG/m2.
- Bậc gạch cao 150, = 1800, n=1,1:
g2 = 0.5ì0,15ì1800ì1,1 = 148,5 kG/m2.
- Bản thang dày 120, = 2500, n=1,1:
g3 = 0,12ì2500ì1,1 = 330 kG/m2.
gct = g = 70,2 + 148,5 + 330 = 548,7 kG/m2.
f. Tĩnh tải do áp lực đất lên tờng chắn truyền lên cột:
Nhà có tầng hầm cao 3m trong đó phần nằm dới đất là 1,5m. áp lực đất tác dụng lên tờng chắn là
áp lực chủ động. Ta tính toán cho tờng tầng hầm nguy hiểm nhất là tờng nằm cạnh đờng ô tô chạy (đờng nội bộ công trình) .
Cấu tạo mặt đờng nh sau:
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
14
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
- Lớp BTGV dày 15cm; = 2200, n=1,2:
g1 = 0,15ì2200ì1,2 = 396 kG/m2.
- Lớp cát tôn nền dày 10cm, = 1500, n=1,2:
g2 = 0,1ì1500ì1,2 = 180 kG/m2.
gđ = g = 396 + 180 = 576 kG/m2.
Hoạt tải trên đờng lấy sơ bộ q = 500ì1,2 = 600 kG/m2.
Đất dính có các đặc trng có lý nh sau:
c = 15 kN/m2 = 1500 kG/m2
Lực dính đơn vị
Góc ma sát trong của đất = 16
Trọng lợng riêng của đất = 20 kN/m3 =2000kG/m3
Theo lý thuyết của Coulomb cờng độ áp lực đất chủ động lên tơng chắn theo độ sau z tính từ mặt
đất là:
pa = az + aq - C.c.
Trong đó: pa - cờng độ áp lực đất chủ động lên tờng chắn.
a hệ số áp lực đất chủ động a = tg2(45o-
)
2
Cos
C=
Cos 2 (45 o
+ ở đây = 0.
)
2
Cos16 0
o
16
pa = tg2(45o)ì(2000ìz + 576) 16 0 ì1500 = 1135,7. z - 1933,6.
2
o
Cos
(
45
)
2
2
Ta thấy pa = 0 tại z = 1,7 m.
Nh vậy ảnh hởng của áp lực đất chủ động lên tờng chắn tác động vào khung là không đáng kể.
Có thể bỏ qua phần tải trọng này trong tính khung, chỉ kể đến khi tính tờng chắn, móng và trong thi công
đào đất.
2. Xác định Hoạt tải phân bố đều trên sàn.
STT
pTC(KG/m2)
Loại phòng
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
n
pTT(KG/m2)
15
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
1
Phòng làm việc
200
1,2
240
2
Phòng vệ sinh
200
1,2
240
3
Hành lang
300
1,2
360
4
Phòng họp, hội thảo, cửa hàng
400
1,2
480
5
Hoạt tải mái phần cao tầng
75
1,3
97.5
6
Hoạt tải mái phần thấp tầng (tập trung đông
400
1,2
480
ngời)
7
Sảnh tầng 1
400
1,2
480
8
Trạm bơm, phòng điều hoà, trạm điện
750
1,2
900
Khi chất hoạt tải vào sơ đồ tính thông thờng ta chia làm hai trờng hợp là hoạt tải 1 (HT1) và hoạt
tải 2 (HT2) theo kiểu cách tầng cách nhịp. Trong đó HT1 là để xác định mô men dơng nguy hiểm nhất
cho ô bản đợc chất tải và mô men âm nguy hiểm cho ô bản không chất tải bên cạnh, HT2 thì ngợc lại.
Tuy nhiên theo kinh nghiệm, đối với nhà cao tầng khi nhà có mặt bằng phức tạp và nhà tính theo
sơ đồ không gian thì việc chất tải này gặp nhiều khó khăn và cha chắc đã tìm đợc trờng hợp nguy hiểm
của nội lực, mặt khác một lý do khác là trong nhà cao tầng hoạt tải đứng chỉ chiếm một phần nhỏ so với
trọng lợng bản thân công trình (chỉ chiếm khoảng 30%) nên về mức độ ảnh hởng tới sự làm việc của kết
cấu là nhỏ so với các loại tải trọng khác.
Với lý do đó ở đây ta chọn hình thức chất hoạt tải đứng trên toàn sàn.
Khi tính toán hoạt tải đứng cho nhà cao tầng, cho phép sử dụng hệ số giảm tải do kể đến khả
năng sử dụng không đồng thời trên toàn nhà, hệ số này đợc xác định nh sau:
+ Với các loại phòng: Phòng ngủ, phòng ăn, phòng khách, buồng vệ sinh, văn phòng, phòng nối
hơi, phòng động cơ và quạt ..vv. có diện tích A thoả mãn đk: A >A 1=9 m2.
1 = 0,4 +
0,6
A / A1
.
+ Với các loại phòng : Phòng đọc sách, cửa hàng, triển l ãm, phòng hội họp, kho, ban công,
lôgia...có diện tích A thoả mãn đk: A>A2=36 m2.
2 = 0,5 +
0,5
A / A1
.
Dựa vào công năng của các phòng trên từng tầng ta có thể giảm tải cho các hoạt tải nh sau :
Tầng 1: gồm các phòng có thể giảm tải nh sau:
Tên phòng
Cửa hàng
Diện tích
2
m
560
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
Loại
phòng
Loại 2
mssv
ptt KG/m2
Pgt KG/m2
0,627
480
300
42-7763
16
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
Trạm điện, bơm nớc
Phòng điều hoà
Phòng vệ sinh
65,6
40,5
32,8
Loại 1
Loại 1
Loại 1
0,622
0.682
0,714
900
900
240
560
614
170
ptt KG/m2
Pgt KG/m2
0,627
0.631
0.728
0.589
0,785
480
480
480
480
240
300
300
350
300
190
ptt KG/m2
Pgt KG/m2
0,504
0.865
0,734
240
480
240
120
415
180
Tầng 2,3: gồm các phòng có thể giảm tải nh sau:
Tên phòng
Cửa hàng
Giải khát
Phòng họp tầng 2
Phòng họp tầng 3
Phòng vệ sinh
Diện tích
Loại
m2
560
264
120
360
21.87
phòng
Loại 2
Loại 2
Loại 2
Loại 2
Loại 1
Tầng điển hình: gồm các phòng có thể giảm tải nh sau:
Tên phòng
Phòng làm việc
Phòng họp
Phòng vệ sinh
Diện tích
2
m
300
60
29
Loại
phòng
Loại 1
Loại 2
Loại 1
II .xác định hoạt tải ngang do gió:
Tải trọng gió ngang bao gồm thành phần tĩnh và thành phần động.
II.1.Thành phần gió tĩnh.
Do sự làm việc không gian của kết cấu nên ta cần xác định thành phần gió theo cả hai phơng.
Theo TCVN 2737 - 95, công trình xây dựng tại Hà Nội thuộc vùng II-B có giá trị áp lực gió tiêu
chuẩn là Wo = 95 kG/m2.
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
17
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải gió ở độ cao z là : W z=nìWoìkìc.
Trong đó: k - Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao.
c - Hệ số khí động, với bề mặt đón gió c = 0,8.
Với bề mặt khuất gió c=0,6.
n - Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, n=1,2.
Giả thiết rằng sàn vô cùng cứng trong mặt phẳng của nó và tải trọng gió đợc truyền về các mức
sàn rồi đợc sàn phân phối cho các kết cấu chịu lực ngang là hệ khung và lõi. Vì vậy ta có thể lấy hệ số
khí động C= 0,8+0,6 = 1,4 và dồn tải trọng gió về phía đón gió.
Bảng xác định áp lực gió tĩnh tại các mức sàn:
Tầng
Cao trình
K
(m)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
3.5
8.9
14.3
19.7
23.9
27.5
31.1
34.7
38.3
41.9
45.5
49.1
52.7
56.3
59.9
0.820
0.974
1.069
1.127
1.165
1.198
1.227
1.248
1.270
1.291
1.313
1.335
1.351
1.365
1.380
Gió đẩy
Gió hút
C
n
Wtt (kG/m2)
C
Wtt (kG/m2)
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
1.2
74.784
88.792
97.475
102.782
106.257
109.212
111.866
113.836
115.806
117.776
119.746
121.716
123.193
124.506
125.820
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
56.088
66.594
73.106
77.087
79.693
81.909
83.899
85.377
86.854
88.332
89.809
91.287
92.395
93.380
94.365
Tổng
Wt
(kG/m2)
130.872
155.387
170.580
179.869
185.950
191.121
195.765
199.213
202.660
206.107
209.555
213.002
215.588
217.886
220.184
II.2.Thành phần gió động.
Để tính tải trọng gió động ta cần biết đợc các tần số dao động riêng của công trình. Một cách gần
đúng giả thiết rằng các nút có khối lợng nh nhau. Chia công trình thành các phần, mỗi phần gồm các
cấu kiện trong phạm vi 1 tầng, riêng cột và tờng ngăn đợc lấy một nửa tầng kế dới và một nửa tầng kế
trên.
Để xác định tần số dao động riêng của công trình ta cần khai báo khối lợng tập trung (mass) tại
các nút khung và một số nút thuộc vách cứng do trọng lợng bản thân của tờng và các lớp vật liệu cấu
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
18
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
tạo sàn, mái. (Phần khối lợng do trọng lợng bản thân các cấu kiện bê tông cốt thép thuộc cột, dầm, sàn,
vách cứng do chơng trình Sap2000 tự dồn).
Sau khi có các tần số dao động riêng của công trình ta tính Wđ. Để tính Wđ ta cần biết khối lợng
tổng cộng của công trình ở từng phần.
Khối lợng mỗi phần đợc dồn vào nút thuộc tầng đó gồm khối lợng do tĩnh tải và 50% giá trị hoạt
tải đứng.
1. Dồn khối lợng về nút:
a,Tầng 1:
Tổng khối lợng sàn: Gs= n.F.gs=1,1ì1493,6ì475,9=781906 kG.
Trong đó : - F=(8,1ì10,8)ì15+(7,2ì10,8)ì1+(4,8ì10,8)ì2 = 1493,6 m2 :Diện tích sàn.
- g = 475,9 kG/m2 : Tĩnh tải sàn.
Tổng khối lợng tờng:
- Tờng loại 1(gồm cả tờng và kính): tổng chiều dài là lt1=90m.
Gt1 = gt1ìlt1 =613,34ì90 = 55200,6 kG.
- Tờng loại 2 (tờng gạch 220 hoàn toàn), lt2= 121,5 m.
Gt2 = gt2ìlt2 =2315,64ì121,5 = 281350,26 kG.
Vậy tổng khối lợng tờng tầng 1 là:
Gt = Gt1+Gt2 = 55200,6 + 281350,26 = 336550,86 kG.
Tổng khối lợng dầm tầng 1: Gần đúng coi các dầm có chiều cao
trung bình là 0,75m. Tổng chiều dài dầm là: l D= 729,9m.
GD = 1ì1ì0,3ì(0,75 - 0,12)ì729,9ì2500 = 379366 kG.
Tổng khối lợng lợng cột: 18 chiếc cột 1000ì1000; 8 chiếc 600ì600.
GC = 1,1(1ì1ì18 +0,6ì0,6ì8)ì(5,4 - 0,12)ì2500 = 262520 kG.
Tổng khối lợng cầu thang: do khối lợng cầu thang lớn hơn khối lợng sàn không nhiều và chỉ
chiếm một phần rất nhỏ so với tổng khối lợng toàn sàn nên coi nh đã kể vào tổng khối l ợng
sàn đã tinh ở trên.
Tổng khối lợng lõi thang máy và lồng thang bộ:
Gv= F.h..n = (6,86+7,546)ì5,4ì2500ì1,1 = 213929 kG.
Vậy tổng khối lợng tĩnh tải tầng 1 là:
Gtt= G= Gs + Gt + GD+ GC+ Gv= 1974272kG = 1974,3 T.
Hoạt tải đứng trong phạm vi tầng 1 : hoạt tải trong tầng 1 bao gồm các loại :
-
Sảnh, cửa hàng p = 400 kG/m2.(chiếm khoảng 40%)
Hành lang : p=300 kG/m2.(20%)
Các phòng điều phối điện, điều hoà, trạm bơm nớc: p=750 (30%).
Các phòng chức năng và phòng vệ sinh: p=200kG/m 2.(10%)
Để tiện tính toán ta lấy trung bình hoạt tải trong tầng là:
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
19
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
ptb= (400ì0,4+300ì0,2+750ì0,3+200ì0,1)ì1,2 = 558 kG/m2.
Ght= 558ì1493,6 = 833451 kG = 833,451 T.
Tổng khối lợng tầng 1 là: G= Gtt +50%Ght= 1974,3+50%ì833,451 = 2391 T.
Tổng khối lợng do tờng, các lớp cấu tạo sàn và 50% hoạt tải cần khai báo để tính dao động:
g
475,9 330
G =
Gs + Gt + 50% Ght =
781,906 + 336,55086 + 50% ì 833,451 = 992,99 T
g g bt
475,9
Trong đó g = 475,9 kG/m2 là trọng lợng các lớp sàn kể cả bê tông, g bt=330 là phần trọng lợng bêtông
sàn.
Khối lợng giao động mỗi nút là:
m1=G/(gì38) = 2,613 (Ts2/m) = 2613,1 (kg.s2/m). Trong đó g = 10 m/s2.
b,Các tầng còn lại:
Tơng tự nh trên ta tính đợc khối lợng dao động tập trung tại mỗi nút của các tầng nh sau:
Tầng
Tổng khối lợng
(t)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Mái
2391
2036,76
1942,97
3076,175
1473,05
1518,94
1518,94
1518,94
1518,94
1469,281
1469,281
1469,281
1469,281
1423,399
1674,585
Khối lợng dao
động khai báo
vào nút (kg.s2/m)
2613
2052
1805
4037
2094
2202
2202
2202
2202
2202
2202
2202
2202
2094
4030
2. Tính toán tải trọng gió động:
Theo TCXD 229 :1999 Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737 :
1995, giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j ứng với dạng dao
động thứ i đợc xác định theo công thức:
Wp(j i) = M j i i y j i
Trong đó : M j : khối lợng tập trung của phần công trình thứ j.
Yji : dịch chuyển ngang tỷ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động thứ i (m)
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
20
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
i : hệ số gia tốc đợc xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi mỗi phần
tải trọng gió coi nh không đổi.
n
y
i =
j =1
n
y
j =1
ji
WPj
2
ji
Mj
Với WPj = Wj : Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j
của công trình .
: Hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao ứng với phần thứ j của công trình, là hệ số không
thứ nguyên, đợc xác định theo TCVN 2737-95.
: Hệ số tơng quan không gian áp lực động của tải trọng gió ứng với các dạng dao động khác
nhau của công trình. đợc xác định theo hai hệ số là và .
Ta có = B = 32,4m ; = H = 59,9m = 0,671.
i : hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên, phụ thuộc vào thông số i và độ
giảm lôga dao động :
i =
Wo
.
940 fi
Trong đó :
: hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, lấy bằng 1,2;
Wo : giá trị áp lực gió bằng 950N/m2;
fi : tần số dao động riêng thứ i (Hz)
a. Xác định thành phần động theo phơng Y:
Sau khi đặt các khối lợng tập trung vào nút của các tầng qua khối dữ liệu Masses của chơng trình
Sap2000 , ta tìm đợc 3 dạng dao động riêng đầu tiên có chu kỳ :
T1 = 1,4495 s ; T2 =
f1 = 1/T1 = 0,6899 (s-1) ; f2, f3 > fL = 1,3 (s-1).
( Trong đó fL là giá trị giới hạn của tần số dao động riêng, với công trình nằm trong vùng áp lực gió II tra
bảng có = 0,3 fL = 1,3)
Ta có : i =
1,2 ì 950
= 0,0521 .
940 ì 0,6899
Tra đồ thị ta đợc = 1,6005 .
Bảng xác định hệ số gia tốc theo phơng Y
Tầng
1
2
3
4
Cao
trình
m
3.5
8.9
14.3
19.7
0.517
0.493
0.474
0.458
0.671
0.671
0.671
0.671
Wtck
Wpk
kG/m2 KG/m2
109.1 37.83
129.5
42.82
142.2
45.17
149.9 46.05
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
Mk
yk
yk.Wk
yk2.Mk
kG
3714394
3469043
3564373
3857990
m
1.65E-05
7.14E-05
1.50E-04
2.46E-04
0.0006241
0.0030593
0.0067855
0.0113364
0.001011
0.017707
0.080445
0.233787
42-7763
21
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
23.9
27.5
31.1
34.7
38.3
41.9
45.5
49.1
52.7
56.3
59.9
0.452
0.447
0.441
0.436
0.431
0.430
0.433
0.436
0.439
0.441
0.444
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
155
159.3
163.1
166
168.9
171.8
174.6
177.5
179.7
181.6
183.5
46.95
47.72
48.33
48.61
48.89
49.61
50.75
51.91
52.86
53.76
54.66
1521346 3.32E-04
1571117 4.09E-04
1571117 4.89E-04
1571117 5.71E-04
1571117 6.54E-04
1571117 7.37E-04
1571117 8.19E-04
1571117 9.01E-04
1571117 9.81E-04
1471688 1.06E-03
1704766 0.00112885
0.0155949
0.0195232
0.0236438
0.0277667
0.0319674
0.0365468
0.0415789
0.0467535
0.0518379
0.0569571
0.061699
0.167847
0.262999
0.376092
0.51253
0.67185
0.852765
1.054481
1.274529
1.510677
1.652109
2.172379
n
y
i =
ji
j =1
n
y
j =1
WPi
2
ji
= 0,0402 kG/m2 .
Mj
Bảng xác định thành phần gió theo phơng Y:
Tầng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Cao
trình
m
3.5
8.9
14.3
19.7
23.9
27.5
31.1
34.7
38.3
41.9
45.5
49.1
52.7
56.3
59.9
0.0402
0.0402
0.0402
0.0402
0.0402
0.0402
0.0402
0.0402
0.0402
0.0402
0.0402
0.0402
0.0402
0.0402
0.0402
Wptc
Wptt
Wt
W= Wptt+Wt
W
1.6005
1.6005
1.6005
1.6005
1.6005
1.6005
1.6005
1.6005
1.6005
1.6005
1.6005
1.6005
1.6005
1.6005
1.6005
KG/m2
3.9409
15.941
34.442
61.086
32.503
41.346
49.443
57.718
66.083
74.451
82.789
91.019
99.093
100.29
123.78
KG/m2
4.7291
19.13
41.331
73.303
39.003
49.615
59.331
69.262
79.3
89.341
99.347
109.22
118.91
120.35
148.54
kG/m2
130.872
155.387
170.580
179.869
185.950
191.121
195.765
199.213
202.660
206.107
209.555
213.002
215.588
217.886
220.184
KG/m2
135.601
174.516
211.911
253.172
224.953
240.736
255.097
268.475
281.960
295.448
308.902
322.224
334.499
338.240
368.720
kG/m
603.425
942.388
1144.32
1215.23
877.318
866.650
918.348
966.509
1015.06
1063.614
1112.047
1160.008
1204.195
1217.662
663.697
b. Xác định thành phần động theo phơng X:
Hoàn toàn tơng tự, theo phơng X ta xác định đợc 3 dạng dao động riêng đầu tiên là:
T1 = 0,6115 s ;
f1 = 1/T1 = 1,449 > fL = 1,3 (s-1).
Theo tiêu chuẩn 2737-95 về tải trọng và tác động, khi công trình có tần số dao động riêng đầu
tiên lớn hơn tần số giới hạn fL thì ta chỉ cần kể đến tác dụng của xung vận tốc gió, khi đó giá trị tiêu
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
22
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
chuẩn thành phần động của áp lực gió WPj tác dụng lên phần thứ j của công trình đợc xác định theo
công thức :
WPj = Wj .
Trong đó các hệ số có ý nghĩa nh đã giải thích ở phần a.
Bảng xác định thành phần gió theo phơng X
Tầng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Cao
trình
m
3.5
8.9
14.3
19.7
23.9
27.5
31.1
34.7
38.3
41.9
45.5
49.1
52.7
56.3
59.9
0.517
0.493
0.474
0.458
0.452
0.447
0.441
0.436
0.431
0.430
0.433
0.436
0.439
0.441
0.444
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
0.671
Wtck
Wpk
kG/m2 kG/m2
109.1 37.83
129.5
42.82
142.2
45.17
149.9 46.05
155
46.95
159.3
47.72
163.1 48.33
166
48.61
168.9 48.89
171.8 49.61
174.6 50.75
177.5 51.91
179.7
52.86
181.6
53.76
183.5
54.66
Wptt
Wt
W= Wptt+Wt
W
KG/m2
45,401
51,384
54,201
55,262
56,341
57,261
57,990
58,338
58,662
59,528
60,903
62,291
63,438
64,509
65,588
KG/m2
130.872
155.387
170.580
179.869
185.950
191.121
195.765
199.213
202.660
206.107
209.555
213.002
215.588
217.886
220.184
KG/m2
176,273
206,771
224,781
235,131
242,290
248,382
253,756
257,551
261,322
265,635
270,458
275,293
279,025
282,395
285,772
kG/m
784,415
1116,563
1213,82
1128,63
944,933
894,175
913,521
927,182
940,76
956,287
973,649
991,055
1004,491
1016,620
514,390
III.chất tải vào sơ đồ tính:
1. Sơ đồ tính :
Sơ đồ tính là hệ không gian gồm hệ khung - sàn - vách cứng. Trong đó trục khung theo ph ơng
đứng đợc lấy trùng trục cột, trục khung theo phơng ngang đợc lấy trùng với trục dầm. Trong trờng hợp
hai dầm cạnh nhau có chiều cao khác nhau thì trục khung đợc lấy trùng với trục dầm gây nguy hiểm hơn
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
23
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
cho kết cấu, tức là làm cho chiều dài tính toán của cột kề dới lớn hơn. Tơng tự nếu cột thay đổi tiết diện
thì trục khung đợc lấy trùng với trục cột nào làm cho chiều dài tính toán của dầm lớn hơn.
Trục của tờng thờng lệch so với trục của dầm và trục của dầm biên thờng lệch so với trục cột. Tải
trọng từ tờng truyền xuống dầm sau đó truyền xuống cột ngoài thành phần tải trọng tập trung đúng tâm
còn gây ra thành phần mômen xoắn cho dầm và mô men uốn cho cột. Tuy nhiên do độ cứng của nút
khung rất lớn nên có thể bỏ qua tác dụng của mômen lệch tâm lên dầm và xem ảnh hởng chỉ là cục bộ
lên cột.
Trong công trình này do khối cao tầng nằm giữa hai khối thấp tầng và đ ợc ngăn cách bởi hai khe
lún nên trục tờng trùng với trục dầm ở các tầng dới, lên các tầng trên (từ tầng 5) trục tờng liên tục thay
đổi trên 1 dầm, tuy nhiên do ở đây sử dụng tờng kính là chủ yếu nên có thể bỏ qua tác dụng lệch tâm
lên cả cột và dầm. Do dầm có bề rộng bằng bề rộng cột nên độ lệch tâm giữa dầm và cột là không có.
Trừ các tầng giảm tiết diện cột độ lệch tâm là 5cm rất nhỏ so với bề rộng cột là 70cm nên ta cũng có thể
bỏ qua mô men lệch tâm.
2. Chất tải vào sơ đồ tính:
Nh đã nói ở phần đầu, ta chọn sơ đồ tính là sơ đồ không gian và sử dụng ch ơng trình Sap 2000 để
phân tích nội lực. Sơ đồ làm việc bao gồm các phần tử Frame (thuộc khung) và các phần tử Shell (thuộc
sàn và vách cứng).
- Tĩnh tải : phần bê tông cốt thép của khung, sàn, vách ta chỉ cần khai báo kích thớc và vật liệu.
Phần vật liệu cấu tạo khác nh các lớp cấu tạo sàn, mái, trần treo và trọng lợng tờng đặt trực tiếp lên sàn
đợc khai báo bổ sung dới dạng tải phân bố đều trên shell. Tĩnh tải tờng phân bố đều trên dầm ta khai
báo dới dạng tải phân bố đều trên phần tử Frame tơng ứng.
- Hoạt tải sàn, mái ta cũng khai báo dới dạng lực phân bố đều trên Shell. Các ô sàn có nhiều hơn
1 trờng hợp hoạt tải ta lấy giá trị hoạt tải trung bình.
- Tải trọng ngang do gió: chất thành lực phân bố đều trên mức sàn tơng ứng với phần chịu tải
gồm nửa tầng kế trên và nửa tầng kế dới.
- Để xác định các tần số dao động riêng của công trình phục vụ cho việc tính gió động ta cần khai
báo các khối lợng tập trung (mass) trên từng mức sàn (coi nh là một phần khi chia công trình thành n
phần theo chiều cao theo TCVN 2737-95). Phần khối lợng do bản thân các phần tử Frame và shell đã
khai báo ta không cần khai báo nữa, còn khối lợng do các lớp cấu tạo sàn, mái, vách ngăn và 50% hoạt
tải ta khai báo thêm dới dạng khối lợng tập trung vào các nút khung và một số nút thuộc vách.
Chơng 3: THIếT Kế KHUNG K4.
Cách trình bày : Phần thuyết minh tính toán các cấu kiện thuộc khung ( dầm, cột ) đợc trình bày đại diện
cho từng loại. Các phần tử còn lại của từng loại cấu kiện đợc tính toán với số lợng cần thiết, cụ thể gồm :
các dầm thuộc các tầng giống nhau về kích thớc, tải trọng_đợc tính cách hai tầng một; các dầm thuộc
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
24
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
tầng tại vị trí có sự thay đổi về độ cứng theo chiều đứng của công trình (ví dụ tầng 4, 5,13..); và tất cả
các cột ...Để tiện cho việc trình bày và cũng tiện cho việc thay đổi phơng án kết cấu khi cần thiết ta lập
thành các chơng trình đơn giản để tổ hợp nội lực và tính toán kết cấu cho các loại cấu kiện dầm cột qua
công cụ EXEL dới dạng các bảng tính, đợc trình bày trong phần phụ lục.
a. Tổ hợp nội lực dầm , cột thuộc khung k4:
I. Tổ hợp nội lực dầm :
Nguyên tắc tổ hợp : THNL để tìm ra các trờng hợp nội lực nguy hiểm nhất có thể xuất hiện trong kết
cấu. Với dầm ta tổ hợp cho 3 tiết diện là :
- Hai đầu dầm chịu lực cắt và môn men âm lớn nhất, nhiều trờng hợp có thể xuất hiện cả
mômen dơng (tại nút biên khi chịu tải trọng ngang).
- Vị trí giữa dầm có mô men dơng lớn nhất.
ở đây vì chỉ có các trờng hợp tải trọng thông thờng nên ta chỉ tổ hợp hai trờng hợp cơ bản.
II.Tổ hợp nội lực cột:
Nguyên tắc tổ hợp : tơng tự nh với dầm, chỉ khác ở chỗ ta chỉ tổ hợp nội lực tại hai tiết diện đầu và
cuối phần tử, nội lực đem tổ hợp là mô men theo hai phơng và lực dọc, ngoài ra tại chân cột ta tổ
hợp thêm lực cắt để thiết kế móng.
b. Tính toán cốt thép cho khung k4
I. THIếT Kế DầM:
Số liệu tính toán
BT max 250 có R n = 110 kG/cm2 ,
Rk = 8,8 kG/cm2.
Thép dọc A II có Ra = Ra = 2700 kG/cm2.
Thép đai A I có Ra = 2100 kG/cm2
A 0 = 0,42
0 = 0,58
Ta trình bày tính toán đại diện cho các dầm thuộc tầng 9.
1.Tính dầm conson: Tiết diện bìh = 80 cm x 60cm
Giả thiết a = 5 cm ho = 55 cm.
Ta chỉ cần tính cho tiết diện đầu ngàm chịu mômen âm.
a, Tính cốt thép dọc :
Cặp nội lực chọn để tính toán là M = 14346,84 KGm
Q = 10605,33 kG.(I-16)
Ta có A=
M
= 0,0539 < Ao = 0,412 Đặt cốt đơn.
R n .b.h 20
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
25
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
= 0,5.(1 + 1 2 A ) = 0,972 Fa =
M
= 9,94 cm2.
R a ..h 0
Chọn 325 có Fa = 14,726 cm2 , à = 0,347 %> à min
b, Tính cốt đai chịu lực cắt : Q = 10605,33 kG
Kiểm tra điều kiện hạn chế : ko.Rn.b.ho= 0,35ì110ì80ì48 = 163240 kG > Q = 10605,33 kG.
Thoả mãn điều kiện hạn chế .
Ta có 0,6.Rk.b.ho =0,6ì8,8ì80ì55 = 22387,2 kG > Q = 10605,33 kG Không Cần phải tính cốt đai.
Cốt đai đợc đặt theo cấu tạo.
Khoảng cách cấu tạo của cốt đai : vì h = 60cm > 50cm nên công thức khoảng cách cấu tạo nh sau :
Uct = Min {h/3 ;30cm} = Min { 20cm ; 30cm} = 20 cm.
Ngoài ra khoảng cách cốt đai đợc quy định riêng với nhà cao tầng ( Theo TCXD 198 :1997) :
Trong phạm vi 3hd = 1800 kể từ mép cột ( hd là chiều cao tiết diện bê tông của dầm ) phải đặt cốt đai
dày hơn khu vực giữa dầm, khoảng cách cốt đai cấu tạo là : Uct = Min(0,25h d, 150) = 150 mm.
Vậy ta chọn đai 8 a150
2.Tính dầm CD: Tiết diện bìh = 80 cm x 60cm
a. Tính thép dọc chịu mô men dơng (tiết diện II-II giữa nhịp)
Chọn cặp nội lực tính toán là: M = 31187,60 kG.m
Cánh nằm trong vùng nén, tham gia chịu lực cùng với sờn. Bề rộng cánh đa vào tính toán là bc:
bc = b + 2C1
Trong đó C1 không vợt quá trị số bé nhất trong ba giá trị sau :
+ 1/2 Khoảng cách hai mép trong của dầm
+ 1/6 Nhịp tính toán của dầm =
1
1
ì Bo = ì (405 - 30) = 187,5 cm.
2
2
1
ì (1080 80) = 166,7 cm
6
+ 9hc : (với hc là chiều cao cánh lấy bằng chiều dày của bản hc=12cm > 0,1ìh= 9 cm)
9hc= 9ì12 = 108 cm .
Vậy chọn C1= 108cm bc = b+2 . C1 = 80 + 2ì108= 296 cm.
Xác định vị trí trục trung hòa: Chọn lớp bảo vệ a = 5cm ho= 60 - 5= 55cm.
Mômen Mc = Rn . bc .hc .(h 0 0,5hc ) = 110ì296ì12ì(55 - 0,5ì12) = 19145280 KGcm.
Vậy ta có Mc > M =31187,60 kGcm Trục trung hoà đi qua cánh Ta tính toán nh đối với tiết diện
chữ nhật :
A=
bìh= bcìh= 296ì55cm
M
= 0,0317 < Ao = 0,421 Đặt cốt đơn.
R n .b.h 0
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
26
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
M
= 21,35 cm2.
R a ..h 0
= 0,5.(1 + 1 2 A ) = 0,984 Fa =
Chọn 7 22 có Fa = 26,609 cm 2
à = 0,605% > àmin
b. Tính thép dọc chịu mômen âm (tiết diện I-I)
Cặp nội lực chọn là M= 50602,73 kGm
Q = 21543,56 kG.
Tiết diện chịu mô men âm cánh nằm trong vùng kéo nên bỏ qua
Chọn lớp bảo vệ a= 5cm ho = 60 5 = 55 cm .
A=
M
= 0,1901 < Ao =0,42 Chỉ cần đặt cốt đơn
R n .b.h 20
Ta có : = 0,5.(1 + 1 2 A ) = 0,894 Fa =
M
= 38,13 cm2.
R a ..h 0
Chọn 728 có Fa = 43,103 cm2 , à = 0,98% >à min
c. Tính cốt thép dọc chịu mômen âm - Tiết diện III-III
Cặp nội lực chọn là M = 57359,15 KGm
Ta có A=
M
= 0,2155 < Ao=0,412 Đặt cốt đơn.
R n .b.h 20
= 0,5.(1 + 1 2 A ) = 0,877 Fa =
M
= 44,03 cm2.
R a ..h 0
Chọn 828 có Fa = 49,26 cm2 , à = 1,12% > à min
d. Tính toán cốt đai: Đợc tính với lực cắt lớn nhất taị gối .
d1. Tính cốt đai cho tiết diện I - I: Qmax = 21543,56 kG.
Kiểm tra điều kiện hạn chế : ko.Rn.b.ho= 0,35ì110ì80ì55 = 163240 kG > Qmax
Thoả mãn điều kiện hạn chế .
Ta có 0,6.Rk.b.ho =0,6ì8,8ì80ì55 = 22387,2 kG > Qmax = 21543,56 kG Không cần tính cốt đai.
Khoảng cách cấu tạo của cốt đai : vì h = 60cm > 50cm nên công thức khoảng cách cấu tạo nh sau :
Uct < {h/3 ;30cm}= { 20cm ; 30cm} = 20 cm.
Trong phạm vi 3hd kể từ mép cột phải đặt cốt đai theo quy định đối với nhà cao tầng, tơng tự nh trên
khoảng cách cấu tạo là 150 mm.
Vậy ta chọn đai 8 a150
Với khoảng cách nh vậy ta kiểm tra xem có cần đặt cốt xiên hay không :
Ta có : q d =
R ad .n.f d 1700 ì 2 ì 0,503
=
= 114,01 kG/cm.
U
15
Khả năng chịu cắt của tiết nghiêng yếu nhất:
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
27
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
Q db = 8.R k . b.ho 2 .q d = 42470,3 kG > Q = 21543,56 kG. Vậy không phải tính cốt xiên.
d2. Tính cốt đai cho tiết diện III - III: Qmax = 22556,76 kG.
Ta thấy lực cắt lớn nhất tại tiết diện III-III xấp xỉ lực cắt trên tiết diện I - I nên ta bố trí cốt đai giống nh
ở tiết diện I-I.
d3. Tính cốt đai cho tiết diện II - II:
Đặt theo cấu tạo 8 a 250.
3. Tính các dầm còn lại:
Các dầm còn lại đợc tính toán và lập thành bảng trình bày trong phụ lục.
4. Tính toán cốt thép dầm khi kể đến mômen xoắn:
Tính toán cho dầm CD thuộc tầng 1.
Từ File nội lực khung ta có : Mômen xoắn lớn nhất do tĩnh tải là T 1 = -3968,82 kGm.
Mômen xoắn lớn nhất do hoạt tải là T2 = -2096,35 kGm.
Mômen xoắn lớn nhất do gió X là T2 = 445,7869kGm.
Mômen xoắn lớn nhất do gió Y là T2 = 542,7088kGm.
(thuộc tiết diện giữa dầm)
Tổ hợp nguy hiểm nhất là Tmax = 6343,97 kGm (THCB 2). Từ bảng tổ hợp nội lực dầm ta có Q max tại
tiết diện giữa dầm là : -3941,76kG.
Tơng tự tại tiết diện đầu dầm ta tổ hợp đợc mômen xoắn nguy hiểm nhất là T = 9679,7 kGm.
Q = 19500,35 kG.
Tính cốt dọc và cốt đai chịu xoắn tại tiết diện đầu dầm III-III :
Mô men tĩnh chống xoắn của tiết diện :
b2
80 2
(3h b) =
(3 ì 60 80) = 106666,7 cm3.
6
6
Ưng suất chính do tác dụng của xoắn và cắt :
T
V
9679,7 ì 100 19500,35
+
+
c=
=
= 13,5 kG/cm2.
WT b ì h o
106666,7
80 ì 55
WT =
0,25Rn = 0,25x110 = 27,5 KG/cm2 ;
c =3,75 KG/cm2 < 0,25fcn =27,5 KG/cm2 ;
Kiểm tra khả năng chịu xoắn : 0,8f k =0,8.13 = 10,4 KG/cm2 ;
c =13, 5 KG/cm2 > 0,8fk = 10,4 KG/cm2 phải tính cốt thép chịu xoắn.
Diện tích cốt thép dọc chịu xoắn ATs :
Chu vi lõi chống xoắn U = 2(bo + ho) = 2 ( 74 + 55) = 258 cm.
Diện tích lõi chống xoắn = bo ho =74x55 = 4070 cm2.
T.U
967970.258
ATs =
=
= 13,69 cm2.
1,6..R a 1,6.4070.2800
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
28
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
T.U
100000.138
= 2,98cm 2 ;
=
1,6..fs 1,6.1034.2800
A Ts =
Theo (10) khoảng cách giữa các cốt đai chịu xoắn S Td:
S Td =
1,6A Td fs 1,6.1034.0,503.2300
=
= 19,14 cm;
T
100000
Tổng diện tích cốt thép chịu uốn xoắn cho tiết diện là :
Fo = Fa +ATs = 12,02 +2,98 =15 cm2
Khoảng cách giữa các cốt đai sẽ là :
S d1 =
S d S Td
29,32.19,14
= 11,58 cm ;
=
S d + S Td 29,32 + 19,14
Tính cốt dọc và cốt đai chịu xoắn tại tiết diện giữa dầm II-II :
Ưng suất chính do tác dụng của xoắn và cắt :
T
V
1828,7 ì 100 25411,21
+
+
c=
=
= 7,5 kG/cm2.
WT b ì h o
106666,7
80 ì 55
0,25Rn = 0,25x110 = 27,5 KG/cm2 ;
c =7, 5 KG/cm2 < 0,25fcn =27,5 KG/cm2 ;
Kiểm tra khả năng chịu xoắn :
0,8f k =0,8.11,5 = 9,2 KG/cm2 ;
c =7, 5 KG/cm2 < 0,8fk = 9,2 KG/cm2 ;
Không phải tính cốt thép chịu xoắn.
II.TíNH THéP CộT KHUNG K4:
Các cột trong nhà phần lớn là cột vuông chịu nén lệch tâm xiên. Nội lực gồm có : Nz, Mx, My.
Trong đó Nz là lực nén dọc trục.
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
29
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
Mx là mô men uốn nằm trong mặt phẳng khung.
My là mô men uốn nằm vuông góc với mặt phẳng khung.
II.1 Cơ sở tính toán:
- Bảng tổ hợp nội lực.
- Tài liệu Tính toán tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm xiên do Giáo s Nguyễn Đình Cống
biên soạn theo tiêu chuẩn Anh BS8110, có cải tiến theo TCVN 5574 1994.
- Tài liệu kiến trúc.
Sau đây là nội dung và công thức tính toán:
1. Số liệu:
a
Tiết diện chữ nhật cạnh bx, by (bxby). Cốt thép đặt đều
theo chu vi, đối xứng qua hai trục.
dy
by
Fat - Diện tích tiết diện toàn bộ cốt thép.
Fb - Diện tích tiết diện bê tông, Fb = bxìby.
a
100 Fat
% . Giới hạn àmin =
àt - Hàm lợng cốt thép : àt =
Fb
dx
bx
0,5% à àmax = 6%.
a - khoảng cách từ tâm cốt thép đến mép tiết diện gần
nhất.
dx = bx - a ; dy = by - a : chiều cao làm việc của tiết diện
theo hai phơng.
lo - chiều dài tính toán của cột.
Rn - Cờng độ tính toán của bê tông.
Ra - cờng độ tính toán của cốt thép.
N
y
My
Mx
x
o - Hệ số giới hạn chiều cao vùng nén, lấy phụ thuộc vào
mác bê tông và loại thép.
N - Tổng lực nén.
Mx, My - Mômen uốn tác dụng trong mặt phẳng song song với cạnh bx, by.
(N, Mx, My là nội lực tính toán, lấy theo tổ hợp nội lực).
2. Phân biệt trờng hợp tính toán:
My
Mx
dy
dx
Đặt : M1 = My ;
M2 = Mx.
Trờng hợp 1 :
b = bx
;
My
Mx
dy
dx
Đặt : M1 = Mx ;
M2 = My.
Trờng hợp 2 :
bo = dx .
h = hy ;
ho = dy.
Kiểm tra lại : ho = h - a ; bo = b - a.
b = by
;
bo = dy .
h = hx
;
ho = dx.
3. khả năng chịu nén: Nđt- Khả năng chịu nén đúng tâm.
No- Lực nén giới hạn để phân biệt trờng hợp nén lệch tâm lớn và bé.
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
30
Đồ án Tốt nghiệp: Phần Kết Cấu
Trờng đhxd-khoa xây dựng
Nđt = Rn Fb + Ra Fat.
No=o Rn b ho.
4. Nội lực tính đổi:
K= min(
N dt N
và 1).
N dt No
1 lo 2
( ) ; au= a K h.
2000 l
a=
au : Độ lệch tâm tăng lên do ảnh hởng của uốn dọc.
M : Mômen uốn tăng lên do uốn dọc Mo = M1 + N au .
M : Mômen tính đổi
ho
M ;
bo 2
M = Mo + m
m - Hệ số tra bảng phụ thuộc vào n =
n
m
0
1
0,1
0,92
0,2
0,84
0,3
0,76
N
R n Fb
0,4
0,70
0,5
0,64
0,6
0,58
0,7
0,53
0,8
0,48
0,9
0,43
1
0,38
1,2
0,3
5. Tính cốt thép : Thờng phải giả thiết trớc Fat để tính Nđt, No .. M sau đó tính lại Fat và so sánh với
Fat đã giả thiết.
Tính eo=
N
M
e
; s= o ; =
.
0,9 bd 1 fc
N
h
Xét ba trờng hợp sau:
Trờng hợp 1 : khi s 0,3 , Tính =
Fat
N RnFb
.
Ra
Trờng hợp 2 : khi s >0,3 đồng thời 0,3
Fat =
1,1
.
( 0,5 s)(2 + s)
2,6 N (e o + ho 0,5 h )
.
Ra ( ho a )
Trờng hợp 3 : khi s > 0,3 đồng thời > 0,3
2,6 N (e o + h o 0,5 h ) Rnbd 2o
Fat =
Ra ( h o a )
* Các số liệu tính toán:
Bê tông mác 300 có Rn = 130 kG/cm2.
Cốt thép dọc AII có Ra = 2700 kG/cm2.
II. Tính toán cốt thép cột trục_c tầng hầm:
Sinh Viên : Lê Ngọc Thạch lớp 42X1
mssv
42-7763
31
