Đang tải... (xem toàn văn)
Mặt bằng kiến trúc có hình bát giác và đối xứng theo cả hai phương do đó công trình chịu lực theo cả hai phương gần như nhau. Chiều cao công trình lớn do đó tải trọng ngang lớn, kết cấu chịu tải trọng ngang tốt nhất là sử dụng hệ vách và lõi. Kết hợp với hệ thống thang máy và thang bộ khá đối xứng tập trung khu vực giữa công trình nên ta chọn hệ kết cấu khung – vách lõi kết hợp. Đặc điểm công trình là nhà ở tiêu chuẩn cao nhịp lớn, do đó nếu sử dụng kết cấu hệ sàn dầm thì kích thước dầm sẽ lớn làm xấu kiến trúc công trình. Mặt khác với một hệ thống tường ngăn khá linh hoạt thì việc bố trí hệ dầm cũng gặp nhiều khó khăn. Vì vậy giải pháp tốt nhất cho kết cấu sàn là chọn hệ sàn không dầm, chỉ có hệ thống dầm bo nối các cột biên với nhau và hệ dầm tại vị trí các ô cầu thang để đỡ các bản thang. Vì công trình làm việc theo hai phương là như nhau nên các cột được chọn có tiết diện vuông và không thay đổi tiết diện theo chiều cao tầng. Công trình có chiều cao khá lớn nên tải trọng tại chân cột lớn , điều kiện địa chất tại khu vực xây dựng là không tốt nên ta chọn giải pháp móng cho công trình là cọc nhồi.
I. CHUẩN Bị Số LIệU TíNH TOáN I.1. Chọn phơng án kết cấu cho công trình Mặt bằng kiến trúc có hình bát giác và đối xứng theo cả hai phơng do đó công trình chịu lực theo cả hai phơng gần nh nhau. Chiều cao công trình lớn do đó tải trọng ngang lớn, kết cấu chịu tải trọng ngang tốt nhất là sử dụng hệ vách và lõi. Kết hợp với hệ thống thang máy và thang bộ khá đối xứng tập trung khu vực giữa công trình nên ta chọn hệ kết cấu khung vách lõi kết hợp. Đặc điểm công trình là nhà ở tiêu chuẩn cao nhịp lớn, do đó nếu sử dụng kết cấu hệ sàn dầm thì kích thớc dầm sẽ lớn làm xấu kiến trúc công trình. Mặt khác với một hệ thống tờng ngăn khá linh hoạt thì việc bố trí hệ dầm cũng gặp nhiều khó khăn. Vì vậy giải pháp tốt nhất cho kết cấu sàn là chọn hệ sàn không dầm, chỉ có hệ thống dầm bo nối các cột biên với nhau và hệ dầm tại vị trí các ô cầu thang để đỡ các bản thang. Vì công trình làm việc theo hai phơng là nh nhau nên các cột đợc chọn có tiết diện vuông và không thay đổi tiết diện theo chiều cao tầng. Công trình có chiều cao khá lớn nên tải trọng tại chân cột lớn , điều kiện địa chất tại khu vực xây dựng là không tốt nên ta chọn giải pháp móng cho công trình là cọc nhồi. I.2. Chọn vật liệu cho công trình Hệ kết cấu sàn là hệ sàn phẳng nhịp lớn nên lực cắt tại các đầu cột rất lớn do đó phải dùng bê tông mác cao. Chọn bê tông mác 350 cho cột - dầm - sàn - vách - cầu thang. Cốt thép dầm - sàn chọn thép < 10 nhóm AI, 10 nhóm AII. Cốt thép cột - vách < 25 nhóm AII , 25 nhóm AIII, cốt đai nhóm AI. I.3. Xác định tải trọng tác động lên công trình I.3.1. Tĩnh tải Trong phần tĩnh tải này cha kể đến trọng lợng bản thân kết cấu chịu lực vì khi sử dụng chơng trình Sap 2000 để tính toán nội lực sẽ kể đến trọng lợng bản thân bằng cách sử dụng hệ số selfweight. a . Tĩnh tải tác dụng lên sàn tầng 1 : Lớp gạch lát dày 1 cm = 1,8 t/m 3 : g 1 = n 1 . h 1 . 1 = 1,1 . 0,01 . 1,8 = 0,02 t/m 2 Lớp vữa lát dày 2 cm = 1,8 t/m 3 : g 2 = n 2 . h 2 . 2 = 1,3 . 0,02 . 1,8 = 0,047 t/m 2 Lớp trát trần dày 2 cm = 1,8 t/m 3 : g 3 = n 3 . h 3 . 3 = 1,3 . 0,02 . 1,8 = 0,047 t/m 2 ----- Thuyết minh kết cấu ----------------------------------------------------------------- 1 Tổng tĩnh tải tác dụng lên sàn là : g = g 1 + g 2 + g 3 = 0,02 + 0,047 + 0,047 = 0,114 t/m 2 b . Tĩnh tải tác dụng lên sàn tầng điển hình ( từ tầng 2 đến tầng 16 ) : Lớp gạch lát dày 1 cm = 1,8 t/m 3 : g 1 = n 1 . h 1 . 1 = 1,1 . 0,01 . 1,8 = 0,02 t/m 2 Lớp vữa lát dày 2 cm = 1,8 t/m 3 : g 2 = n 2 . h 2 . 2 = 1,3 . 0,02 . 1,8 = 0,047 t/m 2 Lớp trát trần dày 2 cm = 1,8 t/m 3 : g 3 = n 3 . h 3 . 3 = 1,3 . 0,02 . 1,8 = 0,047 t/m 2 Tờng gạch qui về phân bố đều trên sàn theo công thức : = F G g 4 G : Tổng trọng lợng tờng trên sàn. F : Tổng diện tích sàn , lấy bằng 788 m 2 . G = n 4 . h . . ( 0,11 . l 1 + 0,22 . l 2 ) n 4 : hệ số vợt tải, lấy bằng 1,1 h : chiều cao tờng, lấy bằng 3,08 m. : trọng lợng riêng, lấy bằng 1,8 t/m 3 l 1 : tổng chiều dài tờng 110, lấy bằng 190 m. l 2 : tổng chiều dài tờng 220, lấy bằng 100 m. G = 1,1 . 3,08 . 1,8 . ( 0,11 . 190 + 0,22 . 100 ) = 261,6 t g 4 = 788 6,261 = 0,332 t/m 2 Tổng tĩnh tải tác dụng lên sàn là : g = g 1 + g 2 + g 3 + g 4 = 0,02 + 0,047 + 0,047 + 0,332 = 0,446 t/m 2 c . Tĩnh tải tác dụng lên sàn tầng th ợng : Hai lớp gạch lá nem dày 5 cm, = 1,8 t/m 3 : g 1 = n 1 . h 1 . 1 = 1,2 . 0,05 . 1,8 = 0,108 t/m 2 Lớp bê tông lới thép dày tạo dốc 2% dày trung bình 10 cm, = 2,5 t/m 3 : g 2 = n 2 . h 2 . 2 = 1,3 . 0,1 . 2,5 = 0,325 t/m 2 Lớp trát trần dày 2 cm = 1,8 t/m 3 : g 3 = n 3 . h 3 . 3 = 1,3 . 0,02 . 1,8 = 0,047 t/m 2 Tổng tĩnh tải tác dụng lên sàn là : g = g 1 + g 2 + g 3 = 0,108 + 0,325 + 0,047 = 0,48 t/m 2 d . Tĩnh tải tác dụng lên mái tum : Hai lớp gạch lá nem dày 5 cm, = 1,8 t/m 3 : g 1 = n 1 . h 1 . 1 = 1,2 . 0,05 . 1,8 = 0,108 t/m 2 Lớp bê tông lới thép dày tạo dốc 2% dày trung bình 10 cm, = 2,5 t/m 3 : ----- Thuyết minh kết cấu ----------------------------------------------------------------- 2 g 2 = n 2 . h 2 . 2 = 1,3 . 0,1. 2,5 = 0,325 t/m 2 Lớp trát trần dày 2 cm = 1,8 t/m 3 : g 3 = n 3 . h 3 . 3 = 1,3 . 0,02 . 1,8 = 0,047 t/m 2 Tổng tĩnh tải tác dụng lên sàn là : g = g 1 + g 2 + g 3 = 0,108 + 0,325 + 0,047 = 0,48 t/m 2 e . Tĩnh tải do bể n ớc mái : Bể nớc mái cao 2 m q tt = 2 . n = 2 t/m 2 f . Tĩnh tải tác dụng lên dầm bo : Tờng gạch dày 22 cm cao 3,08 m : g = n . h . . = 1,1 . 3,08 . 0,22 . 1,8 = 1,34 t/m I.3.2. Hoạt tải sử dụng (lấy theo TCVN 2737 1995) a . Hoạt tải tác dụng lên sàn tầng 1 : Tầng 1 đợc sử dụng làm nơi bán hàng, lấy q tc = 400 kG/m 2 = 0,4 t/m 2 q tt = n . q tc = 1,2 . 0,4 = 0,48 t/m 2 b . Hoạt tải tác dụng lên sàn tầng điển hình ( từ tầng 2 đến tầng 16 ) : Trên các tầng này diện tích chủ yếu là các căn hộ nên lấy chung cho sàn là : q tc = 150kG/m 2 = 0,15 t/m 2 q tt = n . q tc = 1,3 . 0,15 = 0,195 t/m 2 Trên các ban công lấy q tc = 400kG/m 2 = 0,4 t/m 2 q tt = n . q tc = 1,2 . 0,4 = 0,48 t/m 2 c . Hoạt tải tác dụng lên sàn tầng th ợng : Tầng thợng là phần mái dùng để nghỉ ngơi, do đó lấy q tc = 150 kG/m 2 = 0,15 t/m 2 q tt = n . q tc = 1,3 . 0,15 = 0,195 t/m 2 d . Hoạt tải tác dụng lên mái tum : Với mái không sử dụng lấy q tc = 75kG/m 2 = 0,075 t/m 2 q tt = n . q tc = 1,3 . 0,075 = 0,0975 t/m 2 I.3.3.Tải trọng gió a . Tải trọng gió tĩnh : ----- Thuyết minh kết cấu ----------------------------------------------------------------- 3 Vì công trình có mặt bằng phức tạp, nên không thể xác định hệ số khí động cho từng mặt của công trình mà chỉ có thể xác định thành phần hệ số cản chính diện ứng với diện tích hình chiếu của công trình lên mặt phẳng vuông góc với hớng gió. Để xác định hệ số cản chính diện, công trình đợc coi nh một hình lăng trụ có mặt bằng hình bát giác đều. Khi đó thành phần tĩnh của áp lực gió tác dụng lên công trình trên một đơn vị diện tích hình chiếu của công trình lên mặt phẳng vuông góc với hớng gió là : W = n . W 0 . k . c W 0 : Gía trị áp lực gió phụ thuộc vào vùng lănh thổ và địa hình, công trình xây dựng tại Hà Nội lấy W 0 = 95 kG/m 2 = 0,095 t/m 2 n : Hệ số vợt tải lấy bằng 1,2 k : Hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao. c : Hệ số cản chính diện, xác định nh sau : c = k 1 . c c phụ thuộc vào hệ số Reynold ( Re ) Re = 0,88 . d . 5 0 10.).h(k.W d : đờng kính đờng tròn ngoại tiếp mặt bằng công trình, d = 36,4 m k(h) : hệ số thay đổi áp lực gió tại đỉnh công trình , h = 60 m k(60) = 1,38 : hệ số độ tin cậy , lấy bằng 1,2 Re = 0,88 . 36,4 . 5 10.2,1.38,1.95 = 402 . 10 5 Re > 4 . 10 5 c = 1,5 Hệ số k 1 phụ thuộc vào hệ số e e = 2 . b h = 2 . 32 60 = 3,75 < 5 k 1 = 0,6 c = 0,6 . 1,5 = 0,9 Tải trọng gió tĩnh đợc qui về lực tập trung tác dụng tại sàn từng tầng theo công thức : T tĩnh = A . W = A . n . W 0 . k . c A : diện tích mặt đón gió trên từng phần công trình. Z(m) K W(t/m 2 ) A(m 2 ) T tĩnh ( t ) 3.6 0.82 0.084132 122.47 5 10.304 6.9 0.904 0.09275 117.15 10.866 10.2 1 0.1026 117.15 12.02 13.5 1.048 0.10753 117.15 12.597 16.8 1.1 0.11286 117.15 13.22 20.1 1.13 0.115938 117.15 13.582 23.4 1.15 7 0.118708 117.15 13.907 26.7 1.193 0.1224 117.15 14.34 30 1.22 0.1252 117.15 14.667 33.3 1.23 8 0.127 117.15 14.878 36.6 1.26 2 0.12948 117.15 15.168 39.9 1.28 0.131328 117.15 15.385 ----- Thuyết minh kết cấu ----------------------------------------------------------------- 4 43.2 1.29 8 0.1331748 117.15 15.60 46.5 1.32 2 0.13564 117.15 15.89 49.8 1.34 0.13748 117.15 16.106 53.1 1.35 2 0.1387 117.15 16.25 Tải trọng gió tĩnh tác dụng vào phần mái tum và bể nớc đợc qui về lực tập trung đặt tại mái tum với gía trị : S tĩnh = A bn . n . W 0 . k . ( c hút + c đẩy ) A tum : diện tích mặt đón gió mái tum , A bn =100m 2 k : hệ số độ cao tại đỉnh mái tum, k = k(60) = 1,38 c hút : hệ số khí động phần gió hút, c hút = 0,6 c đẩy : hệ số khí động phần gió đẩy, c đẩy = 0,8 n : hệ số vợt tải, bằng 1,2 S tĩnh =100.1,2.0,095.1,38(0,6+0,8)=22,0248t b . Tải trọng gió động : tính tải trọng gió động, ta phải tìm các dạng dao động riêng. Sử dụng chơng trình Sap 2000 để tính dao động, sơ đồ làm việc đợc khai báo trong Sap gần giống với sơ đồ làm việc thực tế của công trình . Sau khi chạy chơng trình Sap với 17 dạng dao động riêng đầu tiên ta đ- ợc các tần số ứng với 3 dạng dao động riêng đầu tiên của công trình nh sau: Dạng dao động Tần số (Hz) Dạng 1 0.666343 Dạng 2 0.936505 Dạng 3 0.94244 Theo tiêu chuẩn TCVN 2737 - 1995, công trình có s dạng dao động riêng đầu tiên nhỏ hơn giá trị giới hạn f L thì phải tính gió động với s dạng dao động riêng đầu tiên. Với công trình bê tông cốt thép và với vùng tính gió ở Hà Nội ta có f L = 1,3 Hz. Nh vậy ta phải tính gió động với 3 dạng dao động đầu tiên. Do nhà nhiều tầng có độ cứng, khối lợng và bề mặt đón gió không đổi theo chiều cao nên giá trị tiêu chuẩn của thành phần gió động tại độ cao z đợc tính nh sau : W P = 1,4. h z W ph W ph :giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió ở độ cao h của đỉnh công trình, xác định theo công thức sau: W ph =W h W h :giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió ở đỉnh công trình, xem nh ở mái tum. : hệ số động lực, tra bảng theo hệ số phụ thuộc vào áp lực gió W 0 và tần số dao động riêng. ----- Thuyết minh kết cấu ----------------------------------------------------------------- 5 = i 0 f.940 W. W 0 : áp lực gió tại Hà Nội, bằng 950 N/m 2 : hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, bằng 1,2 f i : tần số giao động của dạng dao động riêng thứ I Dạng dao động Tần số(Hz) Dạng 1 0.666343 0.0539 1,55 Dạng 2 0.936505 0.03835 1.45 Dạng 3 0.94244 0.038 1.45 . : hệ số tơng quan không gian áp lực động của tải trọng gió, phụ thuộc vào các tham số và Với công trình có bề mặt đang xét vuông góc với phơng gío thì bằng bề rộng mặt đón gío, bằng 35,5 m. = chiều cao công trình, bằng 60 m. tra bảng theo và đợc giá trị 0,66375. Ta thấy thành phần động của gió tỉ lệ thuận với nên ta chọn giá trị lớn để tính. Cụ thể ta chọn =1,55 để tính toán. W ph =W h = 0,1387.1,55.0,666375 = 0,142696 Thành phần động của tải trọng gió cũng đợc qui về lực tập trung đặt tại vị trí của tải trọng gió tĩnh theo công thức : T động = n . W p . A Vậy tải trọng gió tác dụng lên công trình theo mỗi phơng bằng tổng tải trọng gió động và tải trọng gió tĩnh theo phơng đó. T = T tĩnh + T động ----- Thuyết minh kết cấu ----------------------------------------------------------------- 6 Sơ đồ tải trọng gió đợc cho trên hình vẽ sau : I.3.4. Tải trọng động đất Theo TCXD 198 - 1997, khi chu kì của dạng dao động đầu tiên T 1 > 0,4 s tải trọng động đất đợc tính với 3 dạng dao động riêng đầu tiên. Để tính tải trọng động đất ta chia công trình thành r phần theo chiều cao mỗi phần có trọng lợng là Q k với công trình này lấy Q k = 700 t. Tải trọng động đất tác dụng lên tầng thứ k theo dạng dao động thứ i đợc xác định theo công thức : ----- Thuyết minh kết cấu ----------------------------------------------------------------- 7 Đô cao (m) Wp(t/m2) Tđ( t ) Ttĩnh( t ) T( t ) 3.600 0.021 3.084 10.304 13.388 6.900 0.040 5.654 10.866 16.520 10.200 0.059 8.358 12.020 20.378 13.500 0.079 11.062 12.597 23.659 16.800 0.098 13.766 13.220 26.986 20.100 0.117 16.470 13.582 30.052 23.400 0.136 19.174 13.907 33.081 26.700 0.156 21.878 14.340 36.218 30.000 0.175 24.582 14.667 39.249 33.300 0.194 27.286 14.878 42.164 36.600 0.213 29.990 15.168 45.158 39.900 0.233 32.694 15.385 48.079 43.200 0.252 35.398 15.600 50.998 46.500 0.271 38.102 15.890 53.992 49.800 0.290 40.806 16.106 56.912 53.100 0.310 43.510 16.250 59.760 Theo phương X F ki = C ki . Q k C ki : Hệ số địa chấn ứng với tầng thứ k ở dạng dao động thứ i : C ki = K 0 . K 1 . K 2 . K . i . ki K 0 : Lấy các gía trị 0,1 ; 0,2 ; 0,4 ứng với các cấp động đất là 7 , 8 , 9 với công trình này lấy K 0 = 0,1 ứng với động đất cấp. K 1 : Hệ số xét tới mức h hỏng cho phép của nhà ( K 1 = 0,12 - 1 ) đối với công trình này lấy K 1 = 0,25 K 2 : Hệ số xét tới giải pháp kết cấu ( K 2 = 0,5 - 1,5 ) lấy bằng 1,2 K : Hệ số giảm chấn ( K = 1 - 1,5 ) lấy K = 1 i : Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i Với công trình này đợc xây dựng trên đất loại 3 (cát, sét và các loại khác) lấy : i = i T 5,1 và thoả mãn điều kiện 0,8 i 2. Dạng 1: 1 = 1 5,1 T =0,9995 >0,8 nên lấy 1 =0,9995. -Dạng 2: 2 = 2 5,1 T =1,40475 >0,8 nên lấy 2 =1,40475. -Dạng 3: 3 = 3 5,1 T =1,41366 >0,8 nên lấy 3 =1,41366. ki = x ki . = = r k kik r k kik xQ xQ 1 2 1 . . x ki : Chuyển vị ngang của phần thứ k theo dạng dao động thứ i. Công trình đợc chia thành 18 phần theo chiều cao có khối lợng gần nh nhau nên ta có : ki = x ki . = = r k ki r k ki x x 1 2 1 . . Tải trọng động đất đợc tính toán trong các bảng sau. ----- Thuyết minh kết cấu ----------------------------------------------------------------- 8 Chuyển vị của các điểm giữa sàn tầng 1 đến sàn tầng 18 joint Chuyển vị dạng1 Chuyển vị dạng 2 Chuyển vị dạng 3 2590 0.1408 -0.0000486 -0.000032 1257 0.128 -0.001263 -0.0000118 1346 0.128 -0.003183 -0.0000249 1435 0.128 -0.005582 -0.0000282 1524 0.128 -0.008339 -0.000027 1613 0.128 -0.011352 -0.000023 1702 0.128 -0.014536 -0.000018 1791 0.128 -0.017819 -0.0000112 1880 0.128 -0.021138 -0.0000037 1969 0.128 -0.024437 0.0000037 2058 0.128 -0.027673 -0.0000107 2147 0.128 -0.030806 0.0000167 2236 0.128 -0.033809 0.0000212 2325 0.128 -0.036661 0.0000236 2414 0.128 -0.039353 0.0000236 2503 0.128 -0.041885 0.000023 2758 0.1408 -0.044268 0.0000124 2649 0.069 -0.047141 0.000000888 Bảng tính toán tải trọng động đất cho dạng dao động thứ 1 Tầng (k) X k1 X k1 2 k1 C k1 F k1 ( t ) 1 0.1408 0.01982464 1.10176852 0.033036529 23.1256 2 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 3 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 4 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 5 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 6 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 7 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 8 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 9 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 10 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 11 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 12 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 13 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 14 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 15 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 16 0.128 0.016384 1.001607746 0.030033208 21.0232 17 0.1408 0.01982464 1.10176852 0.033036529 23.1256 18 0.069 0.004761 0.539929175 0.016189776 11.3328 Tổng 2.2706 0.29017028 ----- Thuyết minh kết cấu ----------------------------------------------------------------- 9 ----- Thuyết minh kết cấu ----------------------------------------------------------------- 10 Bảng tính toán tải trọng động đất cho dạng dao động thứ 2 Tầng (k) X k2 X k2 2 k2 C k2 F k2 ( t ) 1 -0.0000486 2.36196E-09 0.001473357 6.2091E-05 0.04346 2 -0.001263 1.59517E-06 0.038289103 0.001613599 1.12952 3 -0.003183 1.01315E-05 0.096495816 0.004066575 2.8466 4 -0.005582 3.11587E-05 0.16922389 0.007131518 4.99206 5 -0.008339 6.95389E-05 0.252805092 0.010653839 7.45769 6 -0.011352 0.000128868 0.344147188 0.014503223 10.1523 7 -0.014536 0.000211295 0.440673319 0.018571075 12.9998 8 -0.017819 0.000317517 0.540200735 0.022765409 15.9358 9 -0.021138 0.000446815 0.640819526 0.027005737 18.904 10 -0.024437 0.000597167 0.740831997 0.031220512 21.8544 11 -0.027673 0.000765795 0.83893456 0.0353548 24.7484 12 -0.030806 0.00094901 0.933914576 0.039357495 27.5502 13 -0.033809 0.001143048 1.024953512 0.043194103 30.2359 14 -0.036661 0.001344029 1.111414733 0.046837795 32.7865 15 -0.039353 0.001548659 1.193025395 0.050277073 35.194 16 -0.041885 0.001754353 1.269785497 0.053511935 37.4584 17 -0.044268 0.001959656 1.342028516 0.056556437 39.5895 18 -0.047141 0.002222274 1.429126372 0.060226958 42.1589 Tổng -0.4092936 0.013500912
