Tài liệu Đồ án tốt nghiệp xây dựng thiết kế chung cư bình thạnh, tp. hcm

Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa GVHD :Ths Nguyễn Đăng Khoa MSSV 20761202 Trang 1 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD :Ths Nguyễn Đăng Khoa 1. TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH - Trong những năm gần đây, mức độ đô thị hóa ngày càng nhanh, mức sống của người dân ngày một nâng cao kéo theo đó là nhu cầu về sinh hoạt ăn ở, nghỉ ngơi, giải trí cũng tăng lên không ngừng, đòi hỏi một không gian sống tốt hơn, tiện nghi hơn. - Mặt khác, với xu hướng hội nhập, công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hoà nhập cùng xu thế phát triển của thời đại nên sự đầu tư xây dựng các công trình nhà ở cao tầng thay thế các công trình thấp tầng, các khu dân cư đã xuống cấp là rất cần thiết. - Bên cạnh đó, việc hình thành các cao ốc văn phòng, chung cư cao tầng không những đáp ứng được nhu cầu về cơ sở hạ tầng mà còn góp phần tích cực vào việc tạo nên một bộ mặt cảnh quan đô thị mới của thành phố tương xứng với tầm vóc của đất nước đang trên đà phát triển, và góp phần tích cực vào việc phát triển ngành xây dựng thông qua việc áp dụng các kỹ thuật, công nghệ mới trong tính toán, thi công và xử lý thực tế. Chính vì thế CHUNG CƯ BÌNH THẠNH,TP.HỒ CHÍ MINH được ra đời và đó là một dự án thật sự thiết thực và khả thi. Địa điểm xây dựng công trình - Tọa lạc trên đường Phan Văn Trị, quận Bình Thạnh Thành phố Hồ Chí Minh. Công trình nằm ở vị trí thoáng và đẹp sẽ tạo điểm nhấn đồng thời tạo nên sự hài hoà, hợp lý và hiện đại cho tổng thể qui hoạch khu dân cư. - Công trình nằm trên trục đường giao thông chính nên rất thuận lợi cho việc cung cấp vật tư và giao thông ngoài công trình. Đồng thời, hệ thống cấp điện, cấp nước trong khu vực đã hoàn thiện đáp ứng tốt các yêu cầu cho công tác xây dựng. - Khu đất xây dựng công trình bằng phẳng, hiện trạng không có công trình cũ, không có công trình ngầm bên dưới đất nên rất thuận lợi cho công việc thi công. 2. GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH 2.1 GIẢI PHÁP MẶT BẰNG VÀ PHÂN KHU CHỨC NĂNG - Mặt bằng công trình hình chữ nhật, bố trí đối xứng theo cả hai phương rất thích hợp với kết cấu nhà cao tầng, thuận tiện trong việc xử lý kết cấu. Chiều dài 27.2m, chiều rộng 25.4m chiếm diện tích đất xây dựng là 690.88m2. - Xung quanh công trình có vườn hoa tạo cảnh quan. - Công trình gồm 13 tầng, cốt ±0.00m được chọn đặt tại mặt sàn tầng trệt. Tầng hầm chung cư ở cốt -3.00m. Nền đất tự nhiên ở cốt -1.20m. Mỗi tầng điển hình cao 3,4m, riêng tầng trệt cao 4.4m. Chiều cao công trình là 45.2m tính từ cốt ±0.00m và 46.4m kể từ nền đất tự nhiên. Chức năng của các tầng như sau: - Tầng Hầm: bố trí 1 thang bộ, chỗ đậu xe ôtô xung quanh. Các hệ thống kỹ thuật như trạm bơm, trạm xử lý nước thải được bố trí hợp lý giảm tối thiểu chiều dài ống dẫn. Ngoài ra, SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 2 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD :Ths Nguyễn Đăng Khoa tầng ngầm còn có bố trí thêm các bộ phận kỹ thuật về điện như trạm cao thế, hạ thế, phòng quạt gió. - Tầng 1: Gồm các sảnh đón, nhà trẻ, nhà bếp nhà tang lễ, phòng sinh hoạt cộng đồng, các văn phòng ban quản trị cao ốc. - Tầng 2: Dùng làm siêu thị nhằm phục vụ nhu cầu mua bán, các dịch vụ vui chơi giải trí... cho các hộ gia đình cũng như nhu cầu chung của khu vực. - Tầng 3 – 12: Bố trí các căn hộ phục vụ nhu cầu cho thuê ngắn hạn, dài hạn và nhu cầu ở. Tại mỗi tầng có hai ban công lớn phục vụ cho nhu cầu hóng mát, ngắm cảnh giải trí cho dân cư của cả cao ốc. - Sân thượng: Bố trí các phòng kỹ thuật, máy móc, thiết bị vệ tinh… - Trên cùng có hồ nước mái cung cấp nước cho toàn cao ốc. - Nhìn chung giải pháp mặt bằng đơn giản, tạo không gian rộng để bố trí các căn hộ bên trong, sử dụng loại vật liệu nhẹ làm vách ngăn giúp tổ chức không gian linh hoạt rất phù hợp với xu hướng và sở thích hiện tại, có thể dễ dàng thay đổi trong tương lai. 2.2 GIẢI PHÁP HÌNH KHỐI - Hình dáng cao vút, vươn thẳng lên khỏi tầng kiến trúc cũ ở dưới thấp với kiểu dáng hiện đại, mạnh mẽ, nhưng cũng không kém phần mền mại thể hiện qui mô và tầm vóc của công trình tương xứng với chiến lược phát triển của đất nước. 2.3 MẶT ĐỨNG - Sử dụng, khai thác triệt để nét hiện đại với cửa kính lớn, tường ngoài được hoàn thiện bởi các lớp đá Granit đen ở các mặt bên, mặt đứng hình thành với sự xen kẽ các lam và đá Granit đen tạo nên sự hoành tráng cho cao ốc. 2.4 HỆ THỐNG GIAO THÔNG - Giao thông ngang thông thoáng, rộng rãi gồm các sảnh ngang và dọc, lấy hệ thống thang máy và thang bộ ở chính giữa nhà làm tâm điểm. Các căn hộ bố trí xung quanh lõi phân cách bởi hành lang nên khoảng đi lại là ngắn nhất, rất tiện lợi, hợp lý và bảo đảm thông thoáng. - Hệ thống giao thông đứng gồm 2 thang bộ và thang máy. Thang máy có 1 thang máy chính. Hệ thống giao thông đứng được bố trí đối xứng theo cả hai phương, thoả mãn được cả nhu cầu kết cấu và mỹ quan của công trình. 3. GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 3.1 HỆ THỐNG ĐIỆN - Hệ thống điện sử dụng trực tiếp hệ thống điện thành phố, có bổ sung hệ thống điện dự phòng, nhằm đảo bảo cho tất cả các trang thiết bị trong tòa nhà có thể hoạt động được trong SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 3 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD :Ths Nguyễn Đăng Khoa tình huống mạng lưới điện thành phố bị cắt đột xuất. Điện năng phải bảo đảm cho hệ thống thang máy, hệ thống lạnh có thể hoạt động liên tục. - Máy điện dự phòng 250KVA được đặt ở tầng ngầm, để giảm bớt tiếng ồn và rung động không ảnh hưởng đến sinh hoạt. - Hệ thống cấp điện chính đi trong các hộp kỹ thuật đặt ngầm trong tường và phải bảo đảm an toàn không đi qua các khu vực ẩm ướt, tạo điều kiện dễ dàng khi cần sữa chữa. Ở mỗi tầng đều có lắp đặt hệ thống an toàn điện: hệ thống ngắt điện tự động từ 1A đến 80A được bố trí theo tầng và theo khu vực (đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ). 3.2 HỆ THỐNG ĐIỆN LẠNH - Sử dụng hệ thống điều hoà không khí trung tâm được xử lý và làm lạnh theo hệ thống đường ống chạy theo cầu thang theo phương thẳng đứng, và chạy trong trần theo phương ngang phân bố đến các vị trí tiêu thụ. 3.3 HỆ THỐNG NƯỚC Cấp nước: - Cao ốc sử dụng nước từ 2 nguồn: nước ngầm và nước máy. Tất cả được chứa trong bể nước ngầm đặt ở tầng hầm. Sau đó máy bơm sẽ đưa nước lên bể chứa nước đặt ở mái và từ đó sẽ phân phối đi xuống các tầng của công trình theo các đường ống dẫn nước chính. - Các đường ống đứng qua các tầng đều được bọc trong hộp ghen. Hệ thống cấp nước đi ngầm trong các hộp kỹ thuật. Các đường ống cứu hỏa chính được bố trí ở mỗi tầng. Thoát nước: - Nước mưa từ mái sẽ được thoát theo các lỗ chảy (bề mặt mái được tạo dốc) và chảy vào các ống thoát nước mưa (Þ=140mm) đi xuống dưới. Riêng hệ thống thoát nước thải sử dụng sẽ được bố trí đường ống riêng, tập trung về khu xử lý, bể tự hoại đặt ở tầng hầm; sau đó đưa ra ống thoát chung của khu vực. 3.4 GIẢI PHÁP THÔNG GIÓ VÀ CHIẾU SÁNG Khu vực xung quanh công trình chủ yếu là khu dân cư thấp tầng, vì vậy phải tận dụng tối đa việc chiếu sáng tự nhiên và thông thoáng tốt. Đây là tiêu chí hàng đầu khi thiết kế chiếu sáng và thông gió công trình này. Chiếu sáng: - Toàn bộ toà nhà được chiếu sáng bằng ánh sáng tự nhiên thông qua các cửa sổ, ban công ở các mặt của công trình (có kết cấu khoét lõm đảm bảo hấp thu ánh sáng tốt) và bằng điện. Ở tại các lối đi lên xuống cầu thang, hành lang và nhất là tầng hầm đều có lắp đặt thêm đèn chiếu sáng. SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 4 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD :Ths Nguyễn Đăng Khoa Thông gió: - Hệ thống thông gió tự nhiên bao gồm các cửa sổ, ban công. Ngoài ra còn sử dụng hệ thống thông gió nhân tạo bằng máy điều hòa, quạt ở các tầng theo các Gain lạnh về khu xử lý trung tâm. 3.5 HỆ THỐNG PHÒNG CHÁY, CHỮA CHÁY Hệ thống báo cháy: - Thiết bị phát hiện báo cháy được bố trí ở mỗi tầng và mỗi phòng, ở các nơi công cộng. Mạng lưới báo cháy có gắn đồng hồ và đèn báo cháy, khi phát hiện được cháy, phòng quản lý, bảo vệ nhận tín hiệu thì kiểm soát và khống chế hoả hoạn cho công trình. Hệ thống cứu hỏa: - Nước: Được lấy từ bể nước xuống, sử dụng máy bơm xăng lưu động. Các đầu phun nước được lắp đặt ở các tầng theo khoảng cách 3m một cái, hệ thống đường ống cung cấp nước chữa cháy là các ống sắt tráng kẽm, bên cạnh đó cần bố trí các phương tiện cứu cháy khác như bình cứu cháy khô tại các tầng. - Hệ thống đèn báo các cửa, cầu thang thoát hiểm, đèn báo khẩn cấp được đặt tại tất cả các tầng. - Thang bộ: Gồm hai thang đủ đảm bảo thoát người khi có sự cố về cháy nổ. Cửa vào lồng thang bộ thoát hiểm dùng loại tự sập nhằm ngăn ngừa khói xâm nhập. Lồng cầu thang với kết cấu BTCT dày 300mm có thời gian chịu lửa thoả mãn yêu cầu về chống cháy cho cầu thang thoát nạn trong công trình (yêu cầu 150 phút) (theo TCVN 2622-1995: Phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình - Yêu cầu thiết kế). Trong lồng thang bố trí điện chiếu sáng tự động, hệ thống thông gió động lực cũng được thiết kế để hút gió ra khỏi buồng thang máy chống ngạt. 3.6 HỆ THỐNG THOÁT RÁC Rác thải ở mổi tầng được đổ vào gain rác được chứa ở gian rác được bố trí ở tầng 1 và sẽ có bộ phận đưa rác ra ngoài. Gian rác được thiết kế kín đáo, kỹ càng để tránh làm bốc mùi gây ô nhiễm môi trường. 3.7 HỆ THỐNG CÁP TI VI, ĐIỆN THOẠI, LOA - Hệ thống cáp điện thoại với 210 line cung cấp đến các căn hộ và các phòng chức năng của công trình. - Hệ thống cáp tivi bao gồm anten, bộ phận kênh, khuếch đại và các đồng trục dẫn đến các căn hộ của các đơn nguyên (mỗi căn 1 đầu ra). - Hệ thống loa được khuếch đại (100W) và đưa đến các tầng của các đơn nguyên trong nhà. SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 5 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng 4. GVHD :Ths Nguyễn Đăng Khoa GIẢI PHÁP KẾT CẤU 4.1 PHẦN THÂN NHÀ - Hệ kết cấu của công trình này em chọn các cấu kiện chịu lực như sau: o Đối với công trình cao tầng, chịu tải trọng gió theo phương ngang lớn nên can phải thiết kế kết cấu có khả năng chịu tải trọng ngang tốt. Hiện nay, vách cứng được xem là cấu kiện chịu tải ngang khá tốt, có nhiều ưu việt hơn so với kết cấu khung thông thường, nên em chọn hệ kết cấu khung vách chịu lực cho công trình này. o Công trình gồm các tường cứng bố trí liên kết nhau tạo thành lõi chịu lực ở khu vực tâm công trình (khu cầu thang) kết hợp với các cột chịu lực được bố trí quanh lõi. o Sàn là hệ cứng trong mặt phẳng ngang được liên kết với dầm truyền lực ngang cho các tường cứng và liên kết các tường cứng lại với nhau trên cùng cao độ sàn. - Công trình được thiết kế theo kết cấu khung bê tông cốt thép đổ toàn khối, chiều cao các tầng điển hình 3.4 m với nhịp lớn nhất là 9.1 m. 4.2 PHẦN MÓNG - Thông thường, phần móng nhà cao tầng phải chịu một lực nén lớn, bên cạnh đó với tải trọng gió, sẽ tạo lực xô ngang rất lớn cho công trình, vì thế các giải pháp đề xuất cho phần móng gồm: o Dùng giải pháp móng sâu thông thường: móng cọc khoan nhồi, cọc BTCT đúc sẵn.... o Dùng giải pháp móng bè hoặc móng băng trên nền cọc. o Dùng tường Barette kết hợp với cọc BTCT đúc sẵn hoặc cọc khoan nhồi ở phía bên trong. - Phương án cọc BTCT đúc sẵn hay cọc khoan nhồi được cân nhắc lựa chọn tuỳ thuộc vào tải trọng của công trình, phương tiện thi công, chất lượng của từng phương án và điều kiện địa chất thuỷ văn của khu vực. - Các giải pháp móng kết hợp (giải pháp 2 và 3) xét về yếu tố chịu lực rất tốt, tuy nhiên, cần cân nhắc đến các yếu tố về kinh tế, trang thiết bị và điều kiện thi công... 5. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH - Theo kết quả khảo sát thì đất nền gồm các lớp đất khác nhau. Do độ dốc các lớp nhỏ, chiều dày khá đồng đều nên một cách gần đúng có thể xem nền đất tại mọi điểm của công trình có chiều dày và cấu tạo như mặt cắt địa chất tại nơi khảo sát. - Địa tầng được phân chia theo thứ tự từ trên xuống dưới với các chỉ tiêu cơ lý được thể hiện ở trang sau. 6. ĐỊA CHẤT THỦY VĂN Nước ngầm ở khu vực qua khảo sát dao động tuỳ theo mùa. Mực nước tĩnh mà ta quan sát thấy nằm khá sâu, cách mặt đất (cốt thiên nhiên) -5,0 m. Nếu thi công móng sâu, nước ngầm ít SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 6 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD :Ths Nguyễn Đăng Khoa ảnh hưởng đến công trình. Khi thi công tầng hầm ở cao độ –1,8 m so với cốt thiên nhiên khá thuận lợi, không cần có phương án tháo khô hố móng. SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 7 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD :Ths Nguyễn Đăng Khoa BẢNG CHỈ TIÊU CƠ LÝ ϕ (°) γtn (KN/m3) γh (KN/m3) W (%) WL (%) WP (%) k (m/s) 5.7 21,5 26 15 24 11,5 2,3.10-8 20 24O30’ Sét pha 4.8 18,5 26,8 31,2 36 22 2,5.10-8 10 4 Cát pha 7.6 19,2 26,5 20 24 18 2,1.10-7 17 5 Cát hạt nhỏ và trung 9.6 19,2 26,5 18 - - 3,5.10-4 6 Cát thô lẫn ít cuội sỏi Rất dày 20,1 26,4 16 - - 2.10-4 Lớp Tên đất Chiều dày(m) 1 Đất đắp 0.8 2 Sét pha 3 SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 N30 CII m E (KPa) (MPa-1) (MPa) 12 0,04 22 160 10 0,12 10 180 25 0,09 14 58 27O21’ 1 0,04 30 72 30O20’ 2 0,03 37 Trang 7 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa GVHD:Ths Nguyễn Đăng Khoa MSSV 20761202 Trang 8 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD:Ths Nguyễn Đăng Khoa CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 1.1 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU Hệ kết cấu chịu lực chính Căn cứ vào sơ đồ làm việc thì kết cấu nhà cao tầng có thể phân loại như sau: ¾ Các hệ kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng và kết cấu ống. ¾ Các hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung-giằng, kết cấu khung-vách, kết cấu ống lõi và kết cấu ống tổ hợp. ¾ Các hệ kết cấu đặc biệt: Hệ kết cấu có tầng cứng, hệ kết cấu có dầm truyền, kết cấu có hệ giằng liên tầng và kết cấu có khung ghép. Các hệ kết cấu kể trên đều có những ưu nhươc điểm riêng, nó tuỳ thuộc vào từng công trình cụ thể, vào điều kiện sử dụng và công năng của công trình. Đối với Việt Nam hiện nay thì chủ yếu sử dụng kết cấu khung và kết cấu khung vách. Đối với kết cấu khung: Tải trọng đứng và tải trọng ngang (tác động của lực gió, động đất) của kết cấu khung đều do dầm và cột đảm nhiệm không có khối tường chịu lực. Không gian mặt bằng lớn, bố trí kiến trúc linh hoạt, có thể đáp ứng yêu cầu sử dụng không bị hạn chế , phù hợp với các loại công trình. Do kết cấu khung có độ cứng bên nhỏ, khẳ năng chống lực bên tương đối thấp, để đáp ứng yêu cầu chống gió và động đất, mặt cắt của dầm và cột tương đối lớn, lượng thép dùng tương đối nhiều. Dưới tác động của động đất, do biến dạng ngang tương đối lớn nên kết cấu bao che công trình và trang trí bên trong dễ bị nứt và hư hỏng. Còn kết cấu khung-vách là hình thức tổ hợp của hai hệ kết cấu: kếu cấu khung và kết cấu vách cứng. Tận dụng ưu việt của mỗi loại, vừa có thể cung cấp một không gian sử dụng tương đối lớn vừa có khả năng chống lực ngang tốt. Vách cứng trong kết cấu khung vách có thể bố trí độc lập, cũng có thể lợi dụng vách của giếng thang máy, gian cầu thang, giếng đường ống. Vì vậy, loại kết cấu này đã được dùng rộng rãi cho các loại công trình và đây cũng chính là hệ kết cấu áp dụng cho Đồ án. 1.2 LỰA CHỌN VẬT LIỆU DÙNG CHO CÔNG TRÌNH ¾ Vật liệu xây có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, khả năng chống cháy tốt. ¾ Vật liệu có tính biến dạng cao: Khả năng biến dạng dẻo cao có thể khắc phục được tính năng chịu lực thấp của vật liệu hoặc kết cấu. ¾ Vật liệu có tính thoái biến thấp: Có tác dụng tốt khi chịu tác dụng của tải trọng lặp lại (động đất, gió bão). ¾ Vật liệu có tính liền khối cao: Có tác dụng trong trường hợp tải trọng có tính chất lặp lại không bị tách rời các bộ phận công trình. ¾ Vật liệu có giá thành hợp lý. SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 9 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD:Ths Nguyễn Đăng Khoa Nhà cao tầng thường có tải trọng rất lớn. Nếu sử dụng các loại vật liệu trên tạo điều kiện giảm được đáng kể tải trọng cho công trình, kể cả tải trọng đứng cũng như tải trọng ngang do lực quán tính. Vì tất cả những lý do đã nêu ở trên, hiện nay ở nước ta vật liệu áp dụng phổ biến cho nhà cao tầng là BTCT hoặc thép. 1.3 LỰA CHỌN TIẾT DIỆN CÁC CẤU KIỆN CHÍNH 1.3.1 Chọn sơ bộ tiết diện vách cứng Theo TCXD 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bêtông cốt thép toàn khối: - Khi thiết kế các công trình sử dụng vách và lõi cứng chịu tải trọng ngang, phải bố trí ít nhất 3 vách cứng trong mọt đơn nguyên. Trục của 3 vách này không gặp nhau tại một điểm. - Nên thiết kế các vách không thay đổi về độ cứng cũng như kích thước hình học. - Trong tính toán động đất, vách cứng thường được bố trí sao cho độ cứng của công trình theo hai phương bằng nhau hoặc gần bằng nhau để đảm bảo chịu tác động của động đất theo cả hai phương. - Không nên chọn khoảng cách giữa các vách cứng và từ vách cứng tới biên quá lớn. - Vách cứng có chiều cao chạy suốt từ móng đến mái, đồng thời để đảm bảo điều kiện độ cứng không đổi trên toàn bộ chiều cao của lõi nên chiều dày vách của lõi cứng sẽ không thay đổi theo suốt chiều cao nhà. - Chiều dày vách của lõi cứng được lựa chọn sơ bộ dựa vào chiều cao toà nhà, số tầng… đồng thời đảm bảo các quy định theo điều 3.4.1 TCXD 198:1997 như sau: + b≥150mm + b ≥1/20 chiều cao tầng. Chọn sơ bộ độ dày thành vách của lõi cứng là 300mm thoả mãn các điều kiện trên. Việc tính toán cụ thể xem bố trí hệ tường cứng như vậy có hợp lý không (bao gồm kiểm tra độ cứng hai phương, tính chu kì dao động, kiểm tra xem đó có phải là chu kì dao động hợp lý không, tính toán ổn định công trình như tính độ võng ở đỉnh, kiểm tra lật) sẽ được thực hiện trong chương tính toán tải trọng ngang công trình - tải trọng gió động và chương kiểm tra ổn định tổng thể công trình ở cuối phần kết cấu. 1.3.2 Chọn sơ bộ tiết diện cột Chọn sơ bộ tiết diện cột theo công thức: Ayc = k . N Rb SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 10 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD:Ths Nguyễn Đăng Khoa Với Ayc : diện tích cột sơ bộ. K : Hệ số kể đến ảnh hưởng của Moment K = (1.1 – 1.4) lấy k = 1.3 N : Tổng lực dọc tính toán. N = ∑q i × Si với qi : Tổng tải trọng tác dụng lên sàn. Chọn sơ bộ qi = 14 kN/m2 Si : diện tích chịu tải của cột. Rb : Cường độ chịu nén của bê tông. Chọn tiết diện cột theo công thức trên với kích thước thay đổi 3 hoặc 5 tầng 1 lần, nhưng phải đảm bảo điều kiện độ cứng của kết cấu tầng trên không nhỏ hơn 70% độ cứng của kết cấu tầng dưới. Bảng sơ bộ tiết diện cột chính trục 2 Tầng Si (m2) q (kN/m2) ms N (kN) kt A0 (cm2) b (cm) h (cm) A0c (cm2) 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1 17.1 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 239.4 478.8 718.2 957.6 1197 1436.4 1675.8 1915.2 2154.6 2394 2633.4 2872.8 3112.2 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 214.6345 429.269 643.9034 858.5379 1073.172 1287.807 1502.441 1717.076 1931.71 2146.345 2360.979 2575.614 2790.248 50 50 50 50 60 60 60 60 60 70 70 70 70 50 50 50 50 60 60 60 60 60 70 70 70 70 2500 2500 2500 2500 3600 3600 3600 3600 3600 4900 4900 4900 4900 SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 11 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD:Ths Nguyễn Đăng Khoa Bảng sơ bộ tiết diện cột chính trục B Tầng 13 12 11 Si (m2) 12.38 12.38 q (kN/m2) 14 14 12.38 12.38 14 14 12.38 14 10 9 ms 12.38 173.32 1.3 2 3 346.64 519.96 1.3 1.3 4 693.28 1.3 14 6 12.38 14 12.38 14 7 7 6 8 12.38 14 5 9 12.38 14 12.38 14 4 10 3 11 12.38 14 12.38 14 2 12 1 SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa kt 1 5 8 N (kN) 13 866.6 1039.9 2 1213.2 4 1386.5 6 1559.8 8 1733.2 1906.5 2 2079.8 4 2253.1 6 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 MSSV 20761202 A0 (cm2) 155.390 3 310.780 7 466.171 621.561 4 776.951 7 932.342 1 1087.73 2 1243.12 3 1398.51 3 1553.90 3 1709.29 4 1864.68 4 2020.07 4 b (cm) h (cm) A0c (cm2) 40 40 40 40 1600 1600 1600 40 40 40 40 50 50 1600 2500 50 50 2500 50 50 2500 50 50 2500 50 60 50 60 3600 60 60 3600 60 60 3600 60 60 3600 2500 Trang 12 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng 4600 4400 4400 4600 4600 1300 D 5000 10000 5000 1300 4600 1300 1300 GVHD:Ths Nguyễn Đăng Khoa 2700 5400 25400 2700 C 1300 1300 5000 10000 5000 B 9200 8800 27200 13001 2 2 A 9200 3 41300 Cột 1 Cột 2 Fctt (cm2) Fctt (cm2) 60x60 70x70 Tầng trệt 60x60 70x70 Tầng 2 60x60 70x70 Tầng 3 60x60 70x70 Tầng 4 60x60 70x70 Tầng 5 50x50 60x60 Tầng 6 50x50 60x60 Tầng 7 50x50 60x60 Tầng 8 50x50 60x60 Tầng 9 50x50 60x60 Tầng 10 40x40 50x50 Tầng 11 40x40 50x50 Tầng 12 40x40 50x50 Tầng 13 Vị Trí Từ các kích thước chọn sơ bộ, ta đưa vào mô hình công trình, chạy ETabs nhiều lần, điều chỉnh lại các kích thước cột theo yêu cầu độ cứng công trình và hàm lượng thép sơ bộ trong cột để quyết định chọn kích thước cột hợp lý. 1.3.3 Chọn sơ bộ tiết diện sàn SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 13 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD:Ths Nguyễn Đăng Khoa Do lưới cột tương đối lớn (9.2 x 10)m và hệ tường xây trên sàn cũng khá dày đặc, nên căn cứ vào mặt bằng cụ thể mà em sẽ đưa ra phương án cho hệ dầm (Hình minh hoạ trong chương tính sàn tầng điển hình). Chiều dày sàn được chọn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng, có thể sơ bộ xác định chiều dày sàn theo công thức sơ bộ như sau: Dùng ô sàn có kích thước lớn nhất (4.6x5.0) m và để chọn sơ bộ chiều dày cho toàn bộ các ô còn lại. 1⎞ ⎛ 1 ÷ hs = ⎜ ⎟ l1 ⎝ 50 40 ⎠ Trong đó: + l1 = là chiều dài cạnh ngắn của ô sàn ⎛ 1 1⎞ Ö hs = ⎜ ÷ ⎟ 460 = (9.2 ÷ 11.5) cm. ⎝ 50 40 ⎠ Để đơn giản cũng như thuận tiện trong quá trình thi công, ta chọn chiều dày sàn cho toàn bộ ngôi nhà hs = 10 cm. Việc chọn này chỉ dừng lại ở mức độ sơ bộ, sau khi giải sàn xong nếu không thoả mãn về điều kiện độ võng thì tiến hành chọn lại chiều dày sàn. 1.3.4 Chọn sơ bộ tiết dầm Theo điều 3.3.2 Cấu tạo khung nhà cao tầng - TCXD 198:1997 (phù hợp với biện pháp cấu tạo do Ủy ban bêtông Châu Âu qui định): dầm phải đủ độ dẻo và cường độ cần thiết khi chịu tải trọng động: “Chiều rộng tối thiểu của dầm không chọn nhỏ hơn 200mm và tối đa không hơn chiều rộng cột cộng với 1,5 lần chiều cao tiết diện. Chiều cao tối thiểu tiết diện không nhỏ hơn 300mm. Tỉ số chiều cao và chiều rộng tiết diện không lớn hơn 3.” + Dầm chính Dầm chính các trục có nhịp gần bằng nhau 9.2m và 10.0m ta chọn tiết diện giống nhau: ⎛ 1 1⎞ ⇒ hd = ⎜ ÷ ⎟ x10000 = 625÷833 (mm) ⎝ 16 12 ⎠ bdầm = (0,25 ÷ 0,5)hd SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 14 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD:Ths Nguyễn Đăng Khoa Trục Kích Thước (bxh)mm 1 400x600 2 400x600 3 400x600 4 400x600 A 400x600 B 300x500 B1 300x400 C 300x500 C1 300x400 D 400x600 + Dầm phụ ⎛ 1 1⎞ hdp = ⎜ ÷ ⎟ x10000 = 500÷625(mm) ⎝ 20 16 ⎠ Chiều rộng dầm: bdp = (0,25 ÷ 0,5)hd Vị Trí Kích Thước (bxh)mm giữa trục 1 - 2 250X500 giữa trục 2 - 3 250X500 giữa trục 3 - 4 250X500 giữa trục A – B 250X500 giữa trục B - C 250X500 giữa trục C - D 250X500 + Dầm môi và công xôn của ban công: Chọn tiết diện 200x400 mm 1.3.5 Chọn sơ bộ tiết diện các cấu kiện phụ Chọn cầu thang dạng bản có chiều dày 120mm, dầm chiếu nghỉ 200x400mm Chọn hồ nước ngầm có chiều dày bản nắp 120mm, bản thành là 120mm, bản đáy là 120mm. Dầm nắp 200x300cm, dầm đáy 300x500cm. SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 15 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD:Ths Nguyễn Đăng Khoa 1.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 1.4.1 Sơ đồ tính Trong giai đoạn hiện nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử, đã có những thay đổi quan trọng trong cách nhìn nhận phương pháp tính toán công trình. Khuynh hướng đặc thù hoá và đơn giản hoá các trường hợp riêng lẻ được thay thế bằng khuynh hướng tổng quát hoá. Đồng thời khối lượng tính toán số học không còn là một trở ngại nữa. Các phương pháp mới có thể dùng các sơ đồ tính sát với thực tế hơn, có thể xét tới sự làm việc phức tạp của kết cấu với các mối quan hệ phụ thuộc khác nhau trong không gian. Việc tính toán kết cấu nhà cao tầng nên áp dụng những công nghệ mới để có thể sử dụng mô hình không gian nhằm tăng mức độ chính xác và phản ánh sự làm việc của công trình sát với thực tế hơn. 1.4.2. Các giả thuyết dùng trong tính toán nhà cao tầng Giả thiết ngôi nhà làm việc như một thanh công xôn có độ cứng uốn tương đương độ cứng của các hệ kết cấu hợp thành. Giả thiết này đơn giản nhưng không hoàn toàn phản ánh đúng thực tế chịu lực của cả hệ. Giả thiết này thuận tiện cho việc xác định các đặc trưng dao động của công trình. Giả thiết mỗi hệ kết cấu chỉ có thể tiếp thu một phần tải trọng ngang tỷ lệ với độ cứng uốn (xoắn) của chúng, nhưng được liên kết chặt chẽ với các hệ khác qua các thanh giằng liên kết khớp hai đầu. Độ cứng của các thanh giằng có giá trị lớn để có thể xem như không bị biến dạng co hoặc dãn dài. Các giằng ngang này chính là mô hình của hệ kết cấu dầm sàn có độ cứng lớn vô cùng trong mặt phẳng nằm ngang. Giả thiết về các hệ chịu lực cùng có một dạng đường cong uốn. Giả thiết này chỉ thích hợp cho các nhà chỉ có một hệ khung hoặc vách hoặc lõi. Còn đối với nhà hệ khung – vách – lõi thì đường cong uốn của mỗi hệ khác nhau, trong cùng một sơ đồ tính toán. 1.4.3 Phương pháp xác định nội lực Hiện nay trên thế giới có ba trường phái tính toán hệ chịu lực nhà nhiều tầng thể hiện theo ba mô hình như sau : • Mô hình liên tục thuần túy : Giải trực tiếp phương trình vi phân bậc cao, chủ yếu là dựa vào lý thuyết vỏ, xem toàn bộ hệ chịu lực là hệ chịu lực siêu tĩnh. Khi giải quyết theo mô hình này, không thể giải quyết được hệ có nhiều ẩn. Đó chính là giới hạn của mô hình này. Tuy nhiên, mô hình này chính là cha đẻ của các phương pháp tính toán hiện nay. • Mô hình rời rạc ( Phương pháp phần tử hữu hạn ) Rời rạc hoá toàn bộ hệ chịu lực của nhà nhiều tầng, tại những liên kết xác lập những điều kiện tương thích về lực và chuyển vị. Khi sử dụng mô hình này cùng với sự trợ giúp của máy tính có thể giải quyết được tất cả các bài toán. Hiện nay ta có các phần mềm trợ giúp cho việc giải quyết các bài toán kết cấu như STAAD III, Feap, Xetabs95, FBTW, SAP, Etabs ... • Mô hình Rời rạc - Liên tục : Từng hệ chịu lực được xem là Rời rạc , nhưng các hệ chịu lực này sẽ liên kết lại với nhau thông qua các liên kết trượt (lỗ cửa, mạch lắp ghép , ... ) xem là liên tục phân bố liên tục theo chiều cao . Khi giải quyết bài toán này ta thường chuyển SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 16 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD:Ths Nguyễn Đăng Khoa hệ phương trình vi phân thành hệ phương trình tuyến tính bằng phương pháp sai phân. Từ đó giải các ma trận và tìm nội lực . Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) : Trong phương pháp phần tử hữu hạn vật thể thực liên tục được thay thế bằng một số hữu hạn các phần tử rời rạc có hình dạng đơn giản, có kích thước càng nhỏ càng tốt nhưng hữu hạn, chúng được nối với nhau bằng một số điểm quy định được gọi là nút. Các vật thể này vẫn được giữ nguyên là các vật thể liên tục trong phạm vi của mỗi phần tử, nhưng có hình dạng đơn giản và kích thước bé nên cho phép nghiên cứu dễ dàng hơn dựa trên cơ sở quy luật về sự phân bố chuyển vị và nội lực (chẳng hạn các quan hệ được xác lập trong lý thuyết đàn hồi). Các đặc trưng cơ bản của mỗi phần tử được xác định và mô tả dưới dạng các ma trận độ cứng (hoặc ma trận độ mềm) của phần tử. Các ma trận này được dùng để ghép các phần tử lại thành một mô hình rời rạc hóa của kết cấu thực cũng dưới dạng một ma trận độ cứng (hoặc ma trận độ mềm) của cả kết cấu. Các tác động ngoài gây ra nội lực và chuyển vị của kết cấu được quy đổi về các thành các ứng lực tại các nút và được mô tả trong ma trận tải trọng nút tương đương. Các ẩn số cần tìm là các chuyển vị nút (hoặc nội lực) tại các điểm nút được xác định trong ma trận chuyển vị nút (hoặc ma trận nội lực nút). Các ma trận độ cứng, ma trận tải trọng nút và ma trận chuyển vị nút được liên hệ với nhau trong phương trình cân bằng theo quy luật tuyến tính hay phi tuyến tùy theo ứng xử thật của kết cấu. Sau khi giải hệ phương trình tìm được các ẩn số, người ta có thể tiếp tục xác định được các trường ứng suất, biến dạng của kết cấu theo các quy luật đã được nghiên cứu trong cơ học. Sau đây là thuật toán tổng quát của phương pháp PTHH Rời rạc hóa kết cấu thực thành thành một lưới các phần tử chọn trước cho phù hợp với hình dạng hình học của kết cấu và yêu cầu chính xác của bài toán. Xác định các ma trận cơ bản cho từng phần tử (ma trận độ cứng, ma trận tải trọng nút, ma trận chuyển vị nút...) theo trục tọa độ riêng của phần tử. Ghép các ma trận cơ bản cùng loại thành ma trận kết cấu theo trục tọa độ chung của cả kết cấu. Dựa vào điều kiện biên và ma trận độ cứng của kết cấu để khử dạng suy biến của nó. Giải hệ phương trình để xác định ma trận chuyển vị nút cả kết cấu. Từ chuyển vị nút tìm được, xác định nội lực cho từng phần tử. Vẽ biểu đồ nội lực cho kết cấu. Thuật toán tổng quát trên được sử dụng cho hầu hết các bài toán phân tích kết cấu : phân tích tĩnh, phân tích động và tính toán ổn định kết cấu. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển và thuận lợi của máy vi tính, ta có rất nhiều chương trình tính toán khác nhau, với các quan niệm tính toán và sơ đồ tính khác nhau. Trong nội dung của Luận án tốt nghiệp này em chọn mô hình thứ hai ( Mô hình rời rạc) với sự trợ giúp của phần mềm Etabs để xác định nội lực của hệ kết cấu. SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 17 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD:Ths Nguyễn Đăng Khoa 1.4.4 Lựa chọn công cụ tính toán Đôi nét về phần mềm Etabs 9.7.1 • ETABS là phần mềm của Mỹ là bộ chương trình chuyên tính toán, phân tích, thiết kế kết cấu nhịu tải của nhà cao tầng. Là một modul được viết tương tự như Sap cũng của Mỹ. CÁC TÍNH NĂNG CỦA PHẦN MỀM: − Phân tích tĩnh và động lực học. − Phân tích tuyến tính và phi tuyến, bao gồm cả phân tích động đất. − Các phần tử mô hình gồm có: là nhà cao tầng với hệ là vách, cột tường … − Đa hệ tọa độ. − Nhiều cách thức ràng buộc các thành phần kết cấu, nhiều loại tải trọng và tổ hợp. − Khả năng giải các bài toán lớn không hạn chế số ẩn số, giải thuật ổn định và hiệu quả cao. Một số khái niệm được sử dụng : Label : Nhãn là những tên (ký hiệu) mà ta gán cho các thành phần khác nhau để tạo nên các mẩu phần tử kết cấu và những phân tích của chúng. Joins : Nút các phần tử là nơi giao nhau giữa các phần của kết cấu khi ta chia nhỏ công trình thành hữu hạn các phần tử. Frame : Bao gồm các cột thẳng đứng và các dầm nằm ngang. Phần tử Frame được tạo thành từ hai nút. Tải trọng đứng được nhập trên các dầm trong từng khung, tải trọng ngang quy lực phân bố đặt tại trọng tâm mặt bằng sàn tại cao trình sàn. Các tải tác dụng lên Frame gồm có tải phân bố đều, tải phân bố dạng tam giác, hình thang, lực tập trung lên phần tử. Shell : là các phần tử tấm, vỏ (sàn, vách...) được tạo thành từ 3 đến 4 nút. Lực tác dụng lên shell gồm lực phân bố trên diện tích shell, áp lực nước, các lực tác dụng ở các nút shell. Hệ tọa độ tổng thể ( Global coordainate system ) : Là hệ trục chung cho toàn bộ công trình (tùy ý chọn) để từ đó xác định vị trí của từng phần tử trong kết cấu. Hệ trục tọa độ điạ phương (Local coordinate system ): Là hệ trục tọa độ của mỗi phần tử trong kết cấu dùng. Hệ trục tọa độ này có ba trục ký hiệu là 1,2,3 được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Các giả thiết khi tính toán nhà nhiều tầng được sử dụng trong ETABS: • Sàn là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó và liên kết khớp với các phần tử khung hay vách cứng ở cao trình sàn. Không kể biến dạng cong (ngoài mặt phẳng sàn) lên các phần tử. Bỏ qua sự ảnh hưởng độ cứng uốn của sàn tầng này đến các sàn tầng kế bên. • Mọi thành phần hệ chịu lực trên từng tầng đều có chuyển vị ngang như nhau. • Các cột (vách cứng) đều được ngàm ở chân cột (chân vách cứng). • Khi tải trọng ngang tác dụng thì tải trọng tác dụng này sẽ truyền vào công trình dưới dạng lực phân bố trên các dầm vì có sàn nên các lực này truyền sang sàn và từ đó truyền sang vách. • Biến dạng dọc trục của sàn, của dầm xem như là không đáng kể. Trình tự giải quyết bài toán bằng phần mềm ETABS SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 18 Đồ án tốt nghiệp kĩ sư xây dựng GVHD:Ths Nguyễn Đăng Khoa 1- Xác định tất cả các nhóm đặc trưng vật liệu, kích thước hình học của các cấu kiện. 2- Xác định tải trọng tác dụng : Tải ngang : Chuyển thành lực phân bố trên mét dài đặt ở các cao trình mỗi sàn. Tải đứng : Tất cả các tĩnh tải, hoạt tải sàn được đặt lên các sàn. Đối với các tải khung có dạng lực tập trung cần chuyển đổi về các cặp moment và lực tập trung tại các nút có liên quan. 3- Qui các tải trọng từ hồ nước, cầu thang bộ, thang máy về lực tập trung lên dầm và cột. 4-Chạy chương trình ETABS. SVTH: Nguyễn Trọng Nghĩa MSSV 20761202 Trang 19