Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm MÔ HÌNH VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU 1. MÔ HÌNH: 1.1 Giới thiệu và mô tả kết cấu: Khung gồm có các cột, các dầm liên kết với nhau và liên kết với móng. Tùy phương án kết cấu chịu lực chính của nhà mà hệ khung có thể thuộc về nhà khung hoặc nhà kết hợp. Với nhà khung, hệ khung chịu toàn bộ tải trọng đứng và tải trọng ngang. Với nhà kết hợp ( với lõi cứng, vách cứng) khung chịu tải trọng đứng trực tiếp truyền vào nó và chịu phần tải trọng ngang được phân phối vào nó. Tuy hệ khung là khung không gian nhưng sự làm việc và tính toán có thể theo sơ đồ không gian hoặc sơ đồ phẳng tùy thuộc vào tải trọng tác dụng và mức độ gần đúng có thể chấp nhận được. 1.2 Lựa chọn phương án và sơ đồ kết cấu 1.2.1 Lựa chọn phương án: Công trình Sai gon Happiness square gồm 2 tầng hầm, 14 tầng lầu, 2 tầng mái . Giải pháp kết cấu được chọn là kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối. Mô hình kết cấu bên trên là 1 hệ khung không gian được cấu tạo từ các phần tử dầm , cột , sàn, vách thang máy làm việc đồng thời phản ánh chính xác sự làm việc của hệ kết cấu. 1.2.2 Sơ đồ kết cấu: Dựa vào mặt bằng kiến trúc ta bố trí mặt bằng kết cấu như sau: SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 1 Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm MẶT BẰNG TẦNG HẦM 2 MẶT BẰNG TẦNG 6 1.3 Vật liệu : 1.3.1 Bê tông: - Bê tông được chọn thiết kế cho phần tử bể, dầm, sàn , cột là bê tông cấp độ bền B25 với các chỉ tiêu kỹ thuật sau: +Cường độ tính toán chịu nén : R b = 14.5 Mpa + Cường độ tính toán chịu kéo : R bt = 1.05 Mpa + Mô đun đàn hồi : E b = 30E3 MPa + Hệ số Poisson µ = 0.2 1.3.2 Cốt thép : + Thép AI cho các cấu kiện sử dụng thép có đường kính nhỏ hơn 10 mm: R s = 225 Mpa + Thép AI cho các cấu kiện sử dụng thép có đường kính lớn hơn 10 mm: R s = 280 Mpa 1.4 Tải trọng tác dụng lên công trình: - Tải trọng tác dụng lên toàn bộ công trình gồm các loại sau: + Tĩnh tải + Hoạt tải + Tải trọng gió + Tải trọng do động đất SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 2 Mơ hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm - Dựa vào chức năng sử dụng của từng ơ sàn mà chọn tải trọng phù hợp. - Tất cả các số liệu về tải trọng được lấy từ TCVN 2737-1995 : Tải trọng tác động – tiêu chuẩn thiết kế. - Hệ số vượt tải lấy theo TCVN 2737-1995: Tải trọng tác động – tiêu chuẩn thiết kế. 1.5 Tải trọng tác dụng lên sàn: 1.5.1 Tĩnh tải: Tĩnh tải tác dụng lên sàn bao gồm có trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn và trọng lượng bàn thân các kết cấu tường. Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn xác định như sau: i i i g h n γ = ∑ Với : i g : Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo của sàn thứ i (kN/m 2 ) h i : bề dày của lớp cấu tạo sàn (m) i γ : trọng lượng riêng của lớp cấu tạo sàn ( kN/m 3 ) n: hệ số tin cậy Chi tiết các lớp sàn: lớp gạch ceramic dày 0.8cm lớp vữa lót dày 3 cm bản bê tong cốt thép lớp vữa trát dày 1.5cm Các lớp sàn d(cm) γ (kN/m 3 ) g tc (kN/m 2 ) n g tt ( kN/m 2 ) Lớp gạch ceramite 0.8 20 0.16 1.1 0.176 Lớp vữa lót 3 16 0.48 1.3 0.624 Lớp vữa trát 1.5 16 0.24 1.3 0.312 Tải treo lên sàn 0.2 1.3 0.26 Tổng tải 1.372 Tải tường: Đối với các dầm ngồi tải trọng bản thân còn phải chịu thêm trọng lượng của khối tường bên trên ( tường 100 hoặc 200) và phụ thuộc chiều cao của từng tầng SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 3 Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm d(cm) γ (kN/m 3 ) g tc (kN/m 2 ) n g tt ( kN/m 2 ) Tường ngăn phòng 10 16 1.6 1.1 1.76 Tường biên 20 16 3.2 1.1 3.52 Đối với các ô sàn có tường xây trực tiếp lên sàn không thông qua hệ dầm thì ta quy đổi trọng lượng bản thân tường phân bố đều trên sàn. 1.5.2 Hoạt tải: Dựa vào chức năng mục đích sàn tầng, ta có hoạt tải tác dụng lên từng sàn như sau: + Tầng hầm 1 và 2 làm ga ra đậu xe ô tô và xe máy. p tc = 500 (daN/m 2 ) p tt = 500 × 1.2 = 600 (daN/m 2 ) + Tầng 1 và tầng 2 làm khu thương mại và siêu thị. p tc = 400 (daN/m 2 ) p tt = 400 × 1.2 = 480 (daN/m 2 ) + Tầng 3 và tầng 4 làm khu ăn uống, giải trí, nhà hàng. p tc = 500 (daN/m 2 ) p tt = 500 × 1.2 = 600 (daN/m 2 ) + Tầng 5-14 là tầng điển hình, dùng làm các văn phòng. p tc = 200 (daN/m 2 ) p tt = 200 × 1.2 = 240 (daN/m 2 ) + Hành lang và sảnh cầu thang. p tc = 300 (daN/m 2 ) p tt = 300 × 1.2 = 360 (daN/m 2 ) 1.4 Kích thước sơ bộ các tiết diện: Theo kích thước kiến trúc, chiều cao tầng điển hình h = 3.4 m. Do đó phải lựa chọn phương án sàn cho hợp lý để đảm bảo chiều cao thông thủy sử dụng . Sau khi hoàn thiện , sàn sẽ cần 300mm cho các hệ thống đường ống kỹ thuật ( hệ thống điện, hệ thống điều hòa không khí…), cộng thêm khoảng là 100mm cho các chi tiết của công tác đóng trần => chiều cao sơ bộ thông thủy trước khi có dầm là 3000mm,. Chiều cao thông thủy thích hợp ta chọn h = 2600. Do đó ta lấy chiều cao dầm chính tối đa nếu có là: 400mm SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 4 Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm mat duoi san tran Dựa vào các dữ kiện trên, ta có 2 phương án sàn tầng điển hình + Sàn có dầm: Tối đa chiều cao dầm chính là 400mm + Sàn không dầm: Ta chọn phương án sàn nấm, chiều cao mũ cột với sàn cũng phải đảm bảo cho việc đóng trần. 1.4.1 Phương án 1: Sàn tầng điển hình có dầm: 1.4.1.1 Mặt bằng sàn tầng điển hình: - Dựa vào bản vẽ kiến trúc, ta thêm các dầm chính vào bản sàn. Vì chiều dài nhịp lớn (10m) nên ta dùng dầm phụ chia nhỏ ra từng ô bản sàn như sau: MẶT BẰNG SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH TẦNG 6-14 CÓ DẦM 1.4.1.2 Kích thước sàn tầng điển hình có dầm: Chiều dày bản sàn tầng điển hình chọn theo sơ bộ theo điều kiện sau: SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 5 Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm +Phòng cháy chữa cháy +Độ võng kết hợp điều kiện kinh tế => chọn sơ bộ chiều dày sàn Đây là công trình trung tâm thương mại với chiều cao 14 tầng , do đó đây thuộc công trình cấp 2. Vậy chiều dày sàn theo tiêu chuẩn Việt Nam 2622-1995- Phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình – yêu cầu thiết kế phải đảm bảo h s ≥ 120mm. - Theo yêu cầu về độ võng: Sau nhiều lần tính lặp ta chọn sơ bộ chiều dày sàn là h s = 150 (mm) Do đó chiều dày bản sàn điển hình sơ bộ ta chọn là 150 (mm) Kiểm tra sơ bộ về độ võng sàn: Lấy 1 ô bản trong các ô bản sàn ra xét. Thiên về an toàn , ta xét đến ô bản sàn bên trong , có độ võng lớn nhất. Sơ đồ tính sơ bộ: Độ võng của bản sàn được tính theo công thức sau: SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 6 q M= ql 2 8  Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm 4 5 384 ql w EJ = Trong đó : q là giá trị tác dụng lên ô bản l : cạnh ngắn của ô bản E : Modun đàn hồi của bê tông E = 3e7 kN/m 2 J : moment quán tính của tiết diện 100x15cm J= 3 12 bh = 3 4 1 0.15 2.8125 10 12 − × = × (m 4 ) Tĩnh tải tác dụng lên sàn: q = 0.15x25x1.1 + 1.372 = 5.497 kN/ m 2 Tổng tải tác dụng lên sàn : q = g + p = 5.497 +3.6 = 9.097 kN/ m 2 Theo tiêu chuẩn 356- 2005. Độ võng giới hạn của sàn được tính theo công thức sau: 1 200 gh w l= với l là cạnh ngắn của ô sàn Độ võng sàn phải thỏa : gh w w≤ Ta có: 4 4 4 5 5 9.097 5 0.00877 384 384 3 7 2.8125 10 ql w EJ e − × = = = × × (m) 1 5 0.025 200 200 gh w l= = = (m => gh w w≤ . Vậy bản sàn đã chọn thỏa yêu cầu về độ võng. Kiểm tra sơ bộ hàm lượng cốt thép: Chọn lớp bê tông bảo vệ sàn là a= 1.5cm  h 0 =h – a = 15 – 1.5 =14.5cm. b= 100 cm Cốt thép sàn được tính theo công thức: 2 0 m b M R bh α γ = ; 1 1 2 m ξ α = − − ; b o s s R bh A R ξγ = Kiểm tra hàm lượng cốt thép: 0 100% s A bh µ = ; Hàm lượng cốt thép sàn hợp lý 0.3 0.9 µ ≤ ≤ Giá trị moment lớn nhất ở giữa sàn: SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 7 Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm 2 2 9.097 5 28.43( . ) 8 8 ql M kN m × = = = 3 2 28.43 0.0932 14.5 10 1 0.145 m α = = × × × 1 1 2 0.0932 0.09981 ξ = − − × = 2 0.0981 14.5 1 0.145 0.0009162 225 b o s s R bh A m R ξγ × × × = = = Hàm lượng cốt thép: 3 0 0.9162 10 100% 100 0.632% 1 0.145 s A bh µ − × = = = × ( thỏa điều kiện hàm lượng cốt thép hợp lý 0.3 0.9 µ ≤ ≤ ) Vậy chiều dày sàn chọn là 150cm. 1.4.2 Kích thước tiết diện dầm chính, dầm phụ: Chọn kích thước sơ bộ dầm chính giữa: Dựa vào các yêu cầu trên. Ta chọn chiều cao dầm chính là:  400 d h mm= Vì vậy ta sẽ phát triển dầm chính theo phương ngang. Sau nhiều lần tính lặp ta chọn bề rộng dầm chính b d = 1500mm. Kiểm tra sơ bộ kích thước dầm chính đã chọn. Tải trọng tác dụng lên sàn sơ bộ, thiên về an toàn ta tính theo sơ đồ sau: Do tính theo sơ bộ nên ta quy lực tác dụng từ sàn lên dầm chính về phân bố đều: Cong thuc quy doi luc SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 8 Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm Sơ đồ tính : Lực q tác dụng lên dầm chính gồm có: trọng lượng bản thân dầm chính cộng với trọng lượng của sàn truyền vào dầm: q = 9.097 x 8+(0.4-0.15)x1.5x25x1.1=83.08kN/m Theo tính toán như hình vẽ, ta được: M 1 = 2 2 1 83.08 10 1163.5 . 8 8 ql M kN m × = = = 2 2 2 83.08 10 3.25 83.08 10 538.5 . 8 6.75 8 M kN m × × = − × = Tính toán cốt thép tại M 1 : 3 2 1163.5 0.421 14.5 10 1.5 0.36 m α = = × × × 1 1 2 0.412 0.582 ξ = − − × = SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 9 M = − ql 2 8 1 − ql 2 8 M 2 − 5ql 8 − 3ql 8 Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm 2 0.582 14.5 1.5 0.36 0.01628 280 b o s s R bh A m R ξγ × × × = = = Hàm lượng cốt thép: 3 0 1.628 10 100% 100 3.01% 1.5 0.36 s A bh µ − × = = = × Tính toán cốt thép tại M 2 : 3 2 538.5 0.1910 14.5 10 1.5 0.36 m α = = × × × 1 1 2 0.1910 0.214 ξ = − − × = 2 0.214 14.5 1.5 0.36 0.005982 280 b o s s R bh A m R ξγ × × × = = = Hàm lượng cốt thép: 3 0 5.982 10 100% 100 1.107% 1.5 0.36 s A bh µ − × = = = × Hàm lượng cốt thép thỏa: min max µ µ µ ≤ ≤ Với min µ = 0.05% đối với cấu kiện chịu uốn max µ = 14.5 0.595 3.08% 280 R b s R R ξ × = = Vậy hàm lượng cốt thép của dầm chính thỏa yêu cầu về hàm lượng. Kiểm tra sơ bộ về độ võng dầm chính: Độ võng của dầm chính được tính theo công thức sau: 4 5 384 ql w EJ = Trong đó : q là giá trị tác dụng lên dầm chính l : cạnh dầm chính E : Modun đàn hồi của bê tông E = 3e7 kN/m 2 J : moment quán tính của tiết diện 150x40cm J= 3 12 bh = 3 1.5 0.4 0.096 12 × = (m 4 )  4 5 83.08 10 0.0375 384 3 7 0.096 w e × = = × m Theo tiêu chuẩn 356-2005 .Độ võng giới hạn cho phép: 1 10 0.04 250 250 gh w l m= = =  Thỏa yêu cầu về độ võng. SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602499 10 [...]... Achọn(mxm) 1320 0.1 09 0.35x0.35 2640 0.218 0.5x0.5 396 0 0.327 0.6x0.6 6600 0. 592 0.8x0.8 90 60 0.810 0.9x0 .9 11520 1.00 1x1 d/Tính toán sơ bộ tiết diện cột biên: 3A,3D, 11A,11D, Tầng Mái2,1,tầng 14 Tầng 13,12,11 Tầng 10 ,9, 8 Tầng 7,6,5 Tầng 4,3,2 SVTH: Trần Tiến ms 3 6 9 12 15 q (kN/m2) 11 11 11 11 11 MSSV: 80602 499 Fs 20 20 20 20 20 N(kN) 660 1320 198 0 2640 3300 A(m2) 0.0 59 0.118 0.177 0.236 0. 295 Achọn(mxm)... 162.5+0.3x2500x1.1 =98 7.5daN/m - Hoạt tải : p = 240daN/m => q= 240+ 98 7.5=1227.5 daN/m Xác định lực X: 3 3  L  I  10  µ =  2 ÷ 1 =  ÷ = 1 .95 3  L1  I 2  8  SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602 499 19 Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm Trong đó :I1, I2 lần lược là moment quán tính của 2 dải sàn Ần lực X bằng: 5 Gd 1l1 − Gd 2l2 µ 5 1227.5 × 8 − 1227.58 ×10 ×1 .95 3 X= = = − 299 5.8daN . M kN m × = = = 3 2 28.43 0. 093 2 14.5 10 1 0.145 m α = = × × × 1 1 2 0. 093 2 0. 099 81 ξ = − − × = 2 0. 098 1 14.5 1 0.145 0.00 091 62 225 b o s s R bh A m R ξγ. lý 0.3 0 .9 µ ≤ ≤ Giá trị moment lớn nhất ở giữa sàn: SVTH: Trần Tiến MSSV: 80602 499 7 Mô hình và thiết kế kết cấu GVHD: Nguyễn Sỹ Lâm 2 2 9. 097 5 28.43(