Tải bản đầy đủ
II. GIẢI PHÁP VỀ VẬT LIỆU HOÀN THIỆN

II. GIẢI PHÁP VỀ VẬT LIỆU HOÀN THIỆN

Tải bản đầy đủ

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHUNG CƯ NGỌC

SƠN
KHÓA 2012-2017

PHẦN II

KẾT CẤU
45%

GVHD : PGS.TS.NGUYẾN QUANG VIÊN
SVTH : LÊ VĂN THUYẾT
LỚP

: 57XD7

MSSV : 9873.57

NHIỆM VỤ:
- LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
- TÍNH TOÁN CẦU THANG BỘ
- TÍNH TOÁN KHUNG TRỤC 7
- TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG TRỤC 7

CÁC BẢN VẼ KÈM THEO
- Bản vẽ KC-01: KẾT CẤU KHUNG TRỤC 7 ( T1-5)
- Bản vẽ KC-02: KẾT CẤU KHUNG TRỤC 7 ( T6-11)
- Bản vẽ KC-03: KẾT CẤU CẦU THANG BỘ
- Bản vẽ KC-04: KẾT CẤU MÓNG TRỤC 7

SVTH : LÊ VĂN THUYẾT
MSSV : 9873.57 – LỚP 57XD7

TRANG 15

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHUNG CƯ NGỌC

SƠN
KHÓA 2012-2017

CHƯƠNG I. GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
I

GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG.
1 Đặc điểm thiết kế kết cấu nhà cao tầng :
Về mặt kết cấu, một ngôi nhà được xem là cao tầng khi mà độ bền vững và chuyển vị
của nó do tải trọng ngang quyết định. Từ nhà thấp tầng đến nhà cao tầng có một sự
chuyển tiếp quan trọng từ phân tích tĩnh học sang phân tích động học. Thiết kế nhà
cao tầng so với nhà thấp tầng đặt ra một nhiệm vụ quan trọng cho kĩ sư kết cấu
trong việc lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực cho công trình. Việc chọn các hệ kết
cấu chịu lực khác nhau, có liên quan chặt chẽ đến các vấn đề về bố trí mặt bằng,
hình khối, độ cao các tầng, yêu cầu kĩ thuật thi công, tiến độ thi công, giá thành xây
dựng. Nhà càng cao thì các yếu tố sau đây càng quan trọng:
Ảnh hưởng của tải trọng ngang do gió và động đất.
Chuyển vị ngang tải đỉnh nhà và chuyển vị lệch giữa các mức tầng nhà.
Gia tốc dao động.
Ổn định tổng thể chống lật và chống trượt.
Độ ổn định của nền móng công trình.
Do đó trong thiết kế nhà cao tầng phải quan tâm đến nhiều vấn đề phức tạp như xác
định chính xác tải trọng, tổ hợp tải trọng, sơ đồ tính, kết cấu móng kết cấu chịu lực
ngang, ổn định tổng thể và động học công trình.
2 Giải pháp về vật liệu :
Hiện nay ở Việt Nam, vật liệu dùng cho kết cấu nhà cao tầng thường sử dụng là bêtông
cốt thép và thép (bêtông cốt cứng).
Công trình bằng thép với thiết kế dạng bêtông cốt cứng đã bắt đầu đươc xây dựng ở
nước ta. Đặc điểm chính của kết cấu thép là cường độ vật liệu lớn dẫn đến kích
thước tiết diện nhỏ mà vẫn đảm bảo khả năng chịu lực. Kết cấu thép có tính đàn hồi
cao, khả năng chịu biến dạng lớn nên rất thích hợp cho việc thiết kế các công trình
cao tầng chịu tải trọng ngang lớn. Tuy nhiên nếu dùng kết cấu thép cho nhà cao tầng
thì việc đảm bảo thi công tốt các mối nối là rất khó khăn, mặt khác giá thành công
trình bằng thép thường cao mà chi phí cho việc bảo quản cấu kiện khi công trình đi
vào sử dụng là rất tốn kém, đặc biệt với môi trường khí hậu Việt Nam, và công trình
bằng thép kém bền với nhiệt độ, khi xảy ra hoả hoạn hoặc cháy nổ thì công trình
bằng thép rất dễ chảy dẻo dẫn đến sụp đổ do không còn độ cứng để chống đỡ cả
công trình. Kết cấu nhà cao tầng bằng thép chỉ thực sự phát huy hiệu quả khi cần
không gian sử dụng lớn, chiều cao nhà lớn (nhà siêu cao tầng), hoặc đối với các kết
cấu nhịp lớn như nhà thi đấu, mái sân vận động, nhà hát, viện bảo tàng (nhóm các
công trình công cộng)…
Bêtông cốt thép là loại vật liệu được sử dụng chính cho các công trình xây dựng trên
thế giới. Kết cấu bêtông cốt thép khắc phục được một số nhược điểm của kết cấu
thép như thi công đơn giản hơn, vật liệu rẻ hơn, bền với môi trường và nhiệt độ,
ngoài ra nó tận dụng được tính chịu nén rất tốt của bêtông và tính chịu kéo của cốt
thép nhờ tính chất làm việc chung giữa chúng. Tuy nhiên vật liệu bêtông cốt thép sẽ
SVTH : LÊ VĂN THUYẾT
MSSV : 9873.57 – LỚP 57XD7

TRANG 16

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHUNG CƯ NGỌC

SƠN
KHÓA 2012-2017

đòi hỏi kích thước cấu kiện lớn, tải trọng bản thân của công trình tăng nhanh theo
chiều cao khiến cho việc lựa chọn các giải pháp kết cấu để xử lý là phức tạp.
3 Giải pháp về kết cấu chịu lực
3.1 Kết cấu khung
Bao gồm hệ thống cột và dầm vừa chịu tải trọng đứng vừa chịu tải trọng ngang.
Loại kết cấu này có ưu điểm là có không gian lớn, bố trí mặt bằng linh hoạt, có thể
đáp ứng đầy đủ yêu cầu sử dụng công trình, tuy nhiên độ cứng ngang nhỏ, khả năng
chống lại tác động của tải trọng ngang kém, hệ dầm thường có chiều cao lớn nên
ảnh hưởng đến công năng sử dụng và tăng chiều cao nhà. Các công trình sử dụng
kết cấu khung thường là những công trình có chiều cao không lớn, với khung BTCT
không quá 20 tầng, với khung thép cũng không quá 30 tầng.
3.2 Kết cấu vách cứng :
Là hệ thống các vách vừa chịu tải trọng đứng vừa chịu tải trọng ngang. Loại kết cấu
này có độ cứng ngang lớn, khả năng chống lại tải trọng ngang lớn, khả năng chịu
động đất tốt. Nhưng do khoảng cách của tường nhỏ, không gian của mặt bằng công
trình nhỏ, việc sử dụng bị hạn chế, kết cấu vách cứng còn có trọng lượng lớn, độ
cứng kết cấu lớn nên tải trọng động đất tác động lên công trình cũng lớn và đây là
đặc điểm bất lợi cho công trình chịu tác động của động đất. Loại kết cấu này được
sử dụng nhiều trong công trình nhà ở, công sở, khách sạn.
Là hệ kết cấu bao gồm 1 hay nhiều lõi được bố trí sao cho tâm cứng càng gần trọng
tâm càng tốt. Các sàn được đỡ bởi hệ dầm công xôn vươn ra từ lõi cứng.
3.3 Kết cấu ống :
Là hệ kết cấu bao gồm các cột dày đặc đặt trên toàn bộ chu vi công trình được liên
kết với nhau nhờ hệ thống dầm ngang. Kết cấu ống làm việc nói chung theo sơ đồ
trung gian giữa sơ đồ công xôn và sơ đồ khung. Kết cấu ống có khả năng chịu tải
trọng ngang tốt, có thể sử dụng cho những công trình cao đến 60 tầng với kết cấu
ống BTCT và 80 tầng với kết cấu ống thép. Nhược điểm của kết cấu loại này là các
cột biên được bố trí dày đặc gây cản trở mỹ quan cũng như điều kiện thông thoáng
của công trình.
3.4 Các dạng kết cấu hỗn hợp :
a. Kết cấu Khung – Giằng :
Là hệ kết cấu kết hợp giữa khung và vách cứng, lấy ưu điểm của loại này bổ sung
cho nhược điểm của loại kia, công trình vừa có không gian sử dụng tương đối lớn,
vừa có khả năng chống lực bên tốt. Vách cứng trong kết cấu này có thể bố trí đứng
riêng, cũng có thể lợi dụng tường thang máy, thang bộ, được sử dụng rộng rãi trong
các loại công trình
b. Kết cấu ống lõi :
Kết cấu ống sẽ làm việc hiệu quả hơn khi bố trí thêm các lõi cứng ở khu vực trung
tâm. Các lõi cứng ở khu vực trung tâm vừa chịu một lượng lớn tải trọng đứng vừa
chịu một lượng lớn tải trọng ngang. Xét về độ cứng theo phương ngang thì kết cấu
ống có độ cứng lớn hơn nhiều so với kết cấu khung. Lõi cứng trong ống có thể là do
SVTH : LÊ VĂN THUYẾT
MSSV : 9873.57 – LỚP 57XD7

TRANG 17

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHUNG CƯ NGỌC

SƠN
KHÓA 2012-2017

các tường cứng liên kết với nhau tạo thành lõi hoặc là các ống có kích thước nhỏ
hơn ống ngoài. Trường hợp thứ 2 còn được gọi là kết cấu ống trong ống. Tương tác
giữa ống trong và ống ngoài có đặc thù giống như tương tác giữa ống và lõi cứng
trung tâm.
c. Kết cấu ống tổ hợp :
Trong một số nhà cao tầng, ngoài kết cấu ống người ta còn bố trí thêm các dãy cột
khá dày ở phía trong để tạo thành các vách theo cả 2 phương.Kết quả là đã tạo ra
một dạng kết cấu giống như chiếc hộp gồm nhiều ngăn có độ cứng lớn theo phương
ngang. Kết cấu được tạo ra theo cách này gọi là kết cấu ống tổ hợp. Kết cấu ống tổ
hợp thích hợp cho các công trình có mặt bằng lớn và chiều cao lớn. Kết cấu ống tổ
hợp cũng có những nhược điểm như kết cấu ống, ngoài ra, do sự có mặt của các
vách bên trong nên phần nào ảnh hưởng đến công năng sử dụng của công trình.
3.5 Các dạng kết cấu đặc biệt :
a. Kết cấu có dầm chuyển :
Chân tường dọc ngang của vách cứng không kéo dài tới đáy tầng 1 hoặc một số
tầng phía dưới mà đặt lên khung đỡ phía dưới. Loại kết cấu này có thể đáp ứng yêu
cầu không gian lớn ở tầng dưới như cửa hàng, khách sạn, lại có khả năng chống tải
trọng ngang tương đối lớn. Do đó loại hình kết cấu này được sử dụng nhiều ở nhà
cao tầng mà tầng dưới làm của hàng hay nhà hàng.
b. Kết cấu có các tầng cứng :
Trong kết cấu ống-lõi, mặc dù cả ống và lõi đều được xem như các công xôn ngàm
vào đất để cùng chịu tải trọng ngang, nhưng do các dầm sàn có độ cứng nhỏ nên
hầu như tải trọng ngang do lõi cứng gánh chịu. Hiện tượng này làm cho kết cấu ống
làm việc không hiệu quả. Vấn đề này được khắc phục nếu như tại vị trí một số tầng,
người ta tạo ra các dầm hoặc dàn có độ cứng lớn nối lõi trong với ống ngoài. Dưới
tác dụng của tải trọng ngang, lõi cứng bị uốn làm cho các dầm này bị chuyển vị theo
phương thẳng đứng và tác dụng lên các cột của ống ngoài các lực theo phương
thẳng đứng. Mặc dầu các cột có độ cứng chống uốn nhỏ, song độ cứng dọc trục lớn
đã cản trở sự chuyển vị của các dầm cứng và kết quả là chống lại chuyển vị ngang
của cả công trình.
Trong thực tế, các dầm này có chiều cao bằng cả tầng nhà và được bố trí tại tầng kĩ
thuật nên còn được gọi là các tầng cứng.
c. Kết cấu có hệ giằng liên tường :
Là hệ kết cấu có hệ thống khung bao quanh nhà nhưng không thuần túy tạo thành
kết cấu ống mà được bổ sung một hệ giằng chéo thông nhiều tầng, gọi là hệ giằng
liên tầng. Hệ thống giằng liên tầng này có đặc điểm là làm cho hệ khung biên làm
việc gần như một hệ dàn, các cột và dầm của khung biên gần như chỉ chịu lực dọc
trục. Ưu điểm của hệ kết cấu này là có độ cứng lớn theo phương ngang, thích hợp
với những ngôi nhà siêu cao tầng. Ngoài ra hệ giằng liên tầng có ưu điểm là không
ảnh hưởng nhiều đến công năng của công trình như hệ giằng chéo chỉ bố trí trong 1
tầng, hệ thống cột không đặt dày đặc như kết cấu ống thuần túy. Đây là một giải
pháp kết cấu hiện đại, đang được thế giới quan tâm.
SVTH : LÊ VĂN THUYẾT
MSSV : 9873.57 – LỚP 57XD7

TRANG 18

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHUNG CƯ NGỌC

SƠN
KHÓA 2012-2017

4 Phân tích lý do lựa chọn phương án kết cấu tổng thể :
Trên cơ sở đề xuất các phương án về vật liệu và hệ kết cấu chịu lực chính như trên,
với quy mô của công trình “ Chung cư Ngọc Sơn” gồm 11 tầng, tầng thân, tổng
chiều cao 37.5m, phương án kết cấu tổng thể của công trình được chọn như sau :
- Vât liệu :
Như phân tích ở trên bê tông cốt thép là vật liệu đã và đang được dùng phổ biến ở
nước ta trong xây dựng nhà cao tầng. Công trình “ Chung cư Ngọc Sơn ” gồm 11
tầng, thích hợp đối với vật liệu bê tông cốt thép. Chọn bê tông cốt thép làm vật liệu
cho kết cấu công trình.
Do yêu cầu cường độ cao cho kết cấu nhà cao tầng cũng như sàn bêtông cốt thép,
chọn bê tông B25 ( Rb = 145 kG/cm2; Rbt = 10.5 kG/cm2). Cốt thép chịu lực nhóm
AIII (Rs = 3650kG/cm2).
- Hệ kết cấu chiu lực :
Căn cứ vào bản vẽ thiết kế kiến trúc, căn cứ vào các phân tích ưu nhược điểm của
từng hệ kết cấu trên đây, chọn sử dụng hệ kết cấu khung BTCT chịu lực với sơ đồ
khung giằng nếu là sàn sườn toàn khối, là sơ đồ giằng nếu là sàn không dầm ULT.
Ngoài ra có hệ thống lõi vách được bố trí ở khu vực thang máy và thang bộ, chịu
một phần tải trọng ngang tác dụng vào công trình và phần tải trọng đứng tương ứng
với diện chịu tải của lõi; hệ khung bao gồm các hàng cột ( liên kết với sàn) bố trí
theo các trục chính, chịu một phần tải trọng ngang và tải trọng đứng tương ứng với
diện chịu tải của nó. Hệ khung được bố trí đối xứng với nhau. Độ cứng của kết cấu
theo phương thẳng đứng (tiết diện cột và lõi ) được thiết kế đều đặn từ phía duới lên
phía trên mái. Điều này không những đảm bảo về mặt kiến trúc, thuận tiện cho việc
lắp dựng thi công mà còn làm cho khối lượng ngôi nhà được phân bố một cách đều
đặn theo chiều cao giữa các tầng, làm giảm và tránh được giao động xoắn phức tạp
cũng như sự tập trung ứng suất phức tạp tại chỗ giao nhau của kết cấu. Công trình
không có sự thay đổi đột ngột về độ cứng của hệ kết cấu, làm tăng độ ổn định tổng
thể của công trình theo phương đứng chịu được tải trọng ngang cũng như xoắn ( nếu
có).
II.

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU SÀN.
1. Đề xuất phương án kết cấu sàn :
Công trình có bước cột khá lớn theo 2 phương (6.25m và 6.6m ), các phương án kết
cấu sàn phù hợp là :
Sàn sườn toàn khối.
Sàn phẳng BTCT ứng lực trước.
Dưới đây đi vào phân tích ưu nhược điểm của từng loại phương án kết cấu sàn để từ
đó lựa chọn ra loại kết cấu phù hợp nhất về kinh tế, kỹ thuật, khả năng thiết kế và
thi công công trình.
1.1 Phương án sàn sườn toàn khối BTCT :
SVTH : LÊ VĂN THUYẾT
MSSV : 9873.57 – LỚP 57XD7

TRANG 19

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHUNG CƯ NGỌC

SƠN
KHÓA 2012-2017

Cấu tạo hệ kết cấu sàn bao gồm hệ dầm chính phụ và bản sàn.
+ Ưu điểm :
Lý thuyến tính toán và kinh nghiệm tính toán khá hoàn thiện, thi công đơn giản,
được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi công phong phú nên thuận tiện
cho việc lựa chọn phương tiện thi công. Chất lượng đảm bảo do đã có nhiều kinh
nghiệm thiết kế và thi công trước đây.
+ Nhược điểm :
Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn rất lớn khi vượt khẩu độ lớn, hệ dầm phụ bố
trí nhỏ lẻ với những công trình không có hệ thống cột giữa, dẫn đến chiều cao thông
thuỷ mỗi tầng thấp hoặc phải nâng cao chiều cao tầng không có lợi cho kết cấu khi
chịu tải trọng ngang. Không gian kiến trúc bố trí nhỏ lẻ, khó tận dụng. Quá trình thi
công chi phí thời gian và vật liệu lớn cho công tác lắp dựng ván khuôn.
Với phương án này thì hệ kết cấu vách-lõi kết hợp với sàn sườn toàn khôi BTCT sẽ
tính toán với sơ đồ khung-giằng.Trong đó, hệ thống lõi – vách được bố trí ở khu vực
thang máy và thang bộ, chịu một phần tải trọng ngang tác dụng vào công trình và
phần tải trọng đứng tương ứng với diện chịu tải của lõi.
2. Lựa chọn kích thước các cấu kiện
Dựa trên cơ sở mặt bằng kiến trúc, bao gồm hệ thống chức năng các khu vực trong
nhà, hệ thống kỹ thuật trong nhà. Kết hợp với kiến thức về kết cấu để bố trí hệ kết
cấu cho nhà và lập thành các bản vẽ. Từ đó để lựa chọn kích thước tiết diện
a. Lựa chọn tiết diện lõi
Theo tiêu chuẩn TCXD 198-1997 về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối nhà
cao tầng, vách và lõi phải có độ dày lớn hơn 150mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều
cao tầng.
Với chiều cao tầng lớn nhất là 3.3 m ta chọn lõi có chiều dày lớn hơn 150 mm và
3.3/20 = 0.165 m.
Chọn chiều dày lõi thang máy là: 300mm
Chiều dày lõi thang bộ là 300mm
b. Lựa chọn kích thước dầm
Kích thước dầm phụ thuộc vào nhịp dầm, tải trọng tác dụng lên dầm, liên kết của
dầm với các cấu kiện khác. Dầm được lựa chọn sơ bộ dựa trên điều kiện về độ
võng, tương quan giữa chiều cao tiết diện và nhịp của cấu kiện.
Chọn chiều cao dầm theo công thức :
1 1
hd = ( ÷ )ln
8 12

hd
Trong đó :

là chiều cao tiết diện dầm

SVTH : LÊ VĂN THUYẾT
MSSV : 9873.57 – LỚP 57XD7

TRANG 20