Tìm hiểu thiết kế kiến trúc có sẵn

Trường Đại Học Xây Dựng Khoa Xây Dựng Dân Dụng & Công Nghiệp Phần Kiến trúc (10%) Giáo viên hướng dẫn : TS. Lý Trần Cường Nhiệm vụ được giao : 1/ Tìm hiểu thiết kế kiến trúc có sẵn 2/ Thiết kế theo phương án KT được giao Bản vẽ kèm theo: 1 bản mặt đứng công trình 2 bản mặt bằng công trình 1 bản mặt cắt công trình Chương I - Giới thiệu công trình Tên công trình: Trụ sở giao dịch của ngân hàng Nhiệm vụ và chức năng: Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, các văn phòng đại diện của các cơ quan cần được xây dựng để đáp ứng quy mô hoạt động và vị thế của các cơ quan đó. Công trình “Trụ sở giao dịch ngân hàng công thương VN” được ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu về hoạt động giao dịch tiền tệ của hệ thống ngân hàng ở chi nhánh thành phố Hải Dương là một trong những trọng điểm của khu tam giác kinh tế Đông Bắc. Địa điểm xây dựng: - Khu đất xây dựng văn phòng giao dịch nằm trên đường Quốc lộ 5 cũ Hà nội – Hải Dương. - Khu đất theo kế hoạch sẽ xây dựng ở đây một toà nhà 11 tầng cùng với một sân Tennis phục vụ cho cán bộ công nhân viên và các khách hàng của công ty, sân tennis sẽ được xây dựng sau khi toà nhà 11 tầng xây xong. - Đặc điểm về sử dụng : Toà nhà có tầng 1 được sử dụng chính làm gara để ôtô, xe máy cho CBCNV và mọi người đến giao dịch . Diện tích sảnh chính ở tầng 1 một phần sẽ được dùng làm quầy bar và cà phê giải khát phục vụ mọi người, tầng 2, 3 và 4 là các văn phòng để làm việc và hội họp. Từ tầng 5 trở lên được sử dụng làm nhà nghỉ cho khách ở xa đến và để cho thuê. 1. Các giải pháp thiết kế kiến trúc của công trình. a. Giải pháp mặt bằng. Thiết kế tổng mặt bằng tuân thủ các quy định về số tầng, chỉ giới xây dựng và chỉ giới đường đỏ, diện tích xây dựng do cơ quan có chức năng lập. Toà nhà cao 11 tầng có diện tích mỗi sàn vào khoản 670 m2 , mặt tiền nhìn ra đường phố chính của thành phố bao gồm: * Tầng 1 được bố trí: - Có trạm bơm nước tự động để bơm nước lên bể chứa nước trên mái có diện tích 23,4m2 - Không gian làm gara để xe, một phần là hầm thang máy và bể phốt - Khu sảnh chính là không gian làm nơi phục vụ đồ uống, làm quầy bar và cà phê giải khát với 3 lối vào từ mặt chính và hai gara . - Có hai kho hàng nhỏ bố trí ở 2 góc nhà cạnh thang máy . - Khu vệ sinh nam, nữ được bố trí riêng biệt ở gần thang máy với diện tích mỗi khu là 8 m2. Hộp kỹ thuật bố trí trong ống cạnh thang máy để thu nước thải và rác ở các tầng xuống. * Tầng 2 được bố trí: - Hai khu vệ sinh nam, nữ được bố trí ở hai đầu hồi , và hộp kỹ thuật như ở tầng 1 - Các phòng làm việc to, nhỏ khác nhau có thể ngăn chia không gian tuỳ ý. * Tầng 3 và 4 : - Phòng làm việc và phòng họp lớn - Các khu vệ sinh và hộp kĩ thuật như ở tầng 2 - Sảnh rộng làm không gian đệm cho các phòng, tạo sự thông thoáng, tiện nghi. * Tầng 5 – 10 có mặt bằng giống nhau gồm các phòng ở khép kín có tiện nghi tương đương khách sạn 3 sao hoặc hơn . Mỗi tầng có 14 phòng và một sảnh rộng. * Tầng 11: Có diện tích thu hẹp còn bằng 3/5 diện tích các tầng dưới. Bố trí buồng kỹ thuật thang máy với diện tích 13,5m2. Trên mái có 1 bể nước hình trụ với diện tích bể là 12 m2 có kết cấu bao che ở trên là dàn thép khung kính để tạo dáng kiến trúc cho kết cấu mái . Không gian còn lại của tầng này là các phòng ở. Phần mái có thể đi lại được tạo không gian thư giãn cần thiết cho những người ở các tầng dưới . Công trình có một cầu thang bộ và hai thang máy. Thang máy có hai thang phụ vụ chính cho giao thông theo phương đứng của ngôi nhà. Thang máy 1 thang phục vụ cho chở hàng và các yêu cầu khác. b. Giải pháp cấu tạo và mặt cắt: Cao trình của tầng 1 là 4,2 m, tầng 2 là 3,8 m và các tầng còn lại có cao trình 3,2 m, các tầng đều có hệ thống cửa sổ và cửa đi để lưu thông và nhận gió, ánh sáng. Có 1 thang bộ và hai thang máy phục vụ thuận lợi cho việc di chuyển theo phương đứng của mọi người trong toà nhà. Toàn bộ tường nhà dự kiến xây gạch đặc #75 với vữa XM #50, trát trong và ngoài bằng vữa XM #50. Nền nhà lát gạch ceramic Hữu Hưng vữa XM #50 dày 15; tường bếp và khu vệ sinh ốp gạch men kính cao 1800 kể từ mặt sàn. Cửa gỗ dùng gỗ nhóm 3 sơn màu vàng kem, hoa sắt cửa sổ sơn một nước chống gỉ sau đó sơn 2 nước màu vàng kem. Mái xử lý chống thấm tốt để sử dụng 1 phần. Sàn BTCT # 300 đổ tại chỗ dày 18 cm, trát trần vữa XM #50 dày 15. Xung quanh nhà bố trí hệ thống rãnh thoát nước rộng 300 sâu 250 láng vữa XM #75 dày 20, lòng rãnh đánh dốc về phía ga thu nước. Tường tầng 1 và 2 ốp đá granit màu đỏ, các tầng trên quét sơn màu vàng nhạt. c. Giải pháp thiết kế mặt đứng, hình khối không gian của công trình. Mặt đứng của công trình đối xứng tạo được sự hài hoà phong nhã, phía mặt đứng công trình có vách kính dày 6 ly màu xanh tạo vẻ đẹp hài hoà với thiên nhiên và vẻ bề thế của công trình. Hình khối của công trình ít thay đổi theo chiều cao nhưng cũng tạo ra vẻ đẹp, sự phong phú của công trình, làm công trình không đơn điệu. Ta có thể thấy mặt đứng của công trình là hợp lý và hài hoà kiến trúc với tổng thể kiến trúc quy hoạch của các công trình xung quanh . 2. Các giải pháp kỹ thuật tương ứng của công trình: a. Giải pháp thông gió chiếu sáng. Mỗi phòng trong toà nhà đều có hệ thống cửa sổ và cửa đi, phía mặt đứng là cửa kính nên việc thông gió và chiếu sáng đều được đảm bảo. Các phòng đều được thông thoáng và được chiếu sáng tự nhiên từ hệ thống cửa sổ, cửa đi, ban công, logia, hành lang và các sảnh tầng kết hợp với thông gió và chiếu sáng nhân tạo. Hành lang giữa kết hợp với sảnh lớn đã làm tăng sự thông thoáng cho ngôi nhà và khắc phục được một số nhược điểm của giải pháp mặt bằng. b. Giải pháp bố trí giao thông. Giao thông theo phương ngang trên mặt bằng có đặc điểm là cửa đi của các phòng đều mở ra hành lang dẫn đến sảnh của tầng, từ đây có thể ra thang bộ và thang máy để lên xuống tuỳ ý, đây là nút giao thông theo phương đứng . Giao thông theo phương đứng gồm thang bộ (mỗi vế thang rộng 1,2m) và thang máy thuận tiện cho việc đi lại. Thang máy còn lại đủ kích thước để vận chuyển đồ đạc cho các phòng, đáp ứng được yêu cầu đi lại và các sự cố có thể xảy ra. c. Giải pháp cung cấp điện nước và thông tin. Hệ thống cấp nước: Nước cấp được lấy từ mạng cấp nước bên ngoài khu vực qua đồng hồ đo lưu lượng nước vào bể nước ngầm của công trình có dung tích 88,56m3 (kể cả dự trữ cho chữa cháylà 54m3 trong 3 giờ). Bố trí 2 máy bơm nước sinh hoạt (1 làm việc + 1 dự phòng) bơm nước từ trạm bơm nước ở tầng 1 lên bể chứa nước trên mái (có thiết bị điều khiển tự động). Nước từ bể chứa nước trên mái sẽ được phân phối qua ống chính, ống nhánh đến tất cả các thiết bị dùng nước trong công trình. Nước nóng sẽ được cung cấp bởi các bình đun nước nóng đặt độc lập tại mỗi khu vệ sinh của từng tầng. Đường ống cấp nước dùng ống thép tráng kẽm có đường kính từ f15 đến f65. Đường ống trong nhà đi ngầm sàn, ngầm tường và đi trong hộp kỹ thuật. Đường ống sau khi lắp đặt xong đều phải được thử áp lực và khử trùng trước khi sử dụng, điều này đảm bảo yêu cầu lắp đặt và yêu cầu vệ sinh. Hệ thống thoát nước và thông hơi: Hệ thống thoát nước thải sinh hoạt được thiết kế cho tất cả các khu vệ sinh trong khu nhà. Có hai hệ thống thoát nước bẩn và hệ thống thoát phân. Nước thải sinh hoạt từ các xí tiểu vệ sinh được thu vào hệ thống ống dẫn, qua xử lý cục bộ bằng bể tự hoại, sau đó được đưa vào hệ thống cống thoát nước bên ngoài của khu vực. Hệ thống ống đứng thông hơi f60 được bố trí đưa lên mái và cao vượt khỏi mái một khoảng 700mm. Toàn bộ ống thông hơi và ống thoát nước dùng ống nhựa PVC của Việt nam, riêng ống đứng thoát phân bằng gang. Các đường ống đi ngầm trong tường, trong hộp kỹ thuật, trong trần hoặc ngầm sàn. Hệ thống cấp điện: Nguồn cung cấp điện của công trình là điện 3 pha 4 dây 380V/ 220V. Cung cấp điện động lực và chiếu sáng cho toàn công trình được lấy từ trạm biến thế đã xây dựng cạnh công trình. Phân phối điện từ tủ điện tổng đến các bảng phân phối điện của các phòng bằng các tuyến dây đi trong hộp kỹ thuật điện. Dây dẫn từ bảng phân phối điện đến công tắc, ổ cắm điện và từ công tắc đến đèn, được luồn trong ống nhựa đi trên trần giả hoặc chôn ngầm trần, tường. Tại tủ điện tổng đặt các đồng hồ đo điện năng tiêu thụ cho toàn nhà, thang máy, bơm nước và chiếu sáng công cộng. Mỗi phòng đều có 1 đồng hồ đo điện năng riêng đặt tại hộp công tơ tập trung ở phòng kỹ thuật của từng tầng. Hệ thống thông tin tín hiệu: Dây điện thoại dùng loại 4 lõi được luồn trong ống PVC và chôn ngầm trong tường, trần. Dây tín hiệu angten dùng cáp đồng, luồn trong ống PVC chôn ngầm trong tường. Tín hiệu thu phát được lấy từ trên mái xuống, qua bộ chia tín hiệu và đi đến từng phòng. Trong mỗi phòng có đặt bộ chia tín hiệu loại hai đường, tín hiệu sau bộ chia được dẫn đến các ổ cắm điện. Trong mỗi căn hộ trước mắt sẽ lắp 2 ổ cắm máy tính, 2 ổ cắm điện thoại, trong quá trình sử dụng tuỳ theo nhu cầu thực tế khi sử dụng mà ta có thể lắp đặt thêm các ổ cắm điện và điện thoại. d. Giải pháp phòng hoả. Bố trí hộp vòi chữa cháy ở mỗi sảnh cầu thang của từng tầng. Vị trí của hộp vòi chữa cháy được bố trí sao cho người đứng thao tác được dễ dàng. Các hộp vòi chữa cháy đảm bảo cung cấp nước chữa cháy cho toàn công trình khi có cháy xảy ra. Mỗi hộp vòi chữa cháy được trang bị 1 cuộn vòi chữa cháy đường kính 50mm, dài 30m, vòi phun đường kính 13mm có van góc. Bố trí một bơm chữa cháy đặt trong phòng bơm (được tăng cường thêm bởi bơm nước sinh hoạt) bơm nước qua ống chính, ống nhánh đến tất cả các họng chữa cháy ở các tầng trong toàn công trình. Bố trí một máy bơm chạy động cơ điezel để cấp nước chữa cháy khi mất điện. Bơm cấp nước chữa cháy và bơm cấp nước sinh hoạt được đấu nối kết hợp để có thể hỗ trợ lẫn nhau khi cần thiết. Bể chứa nước chữa cháy được dùng kết hợp với bể chứa nước sinh hoạt có dung tích hữu ích tổng cộng là 88,56m3, trong đó có 54m3 dành cho cấp nước chữa cháy và luôn đảm bảo dự trữ đủ lượng nước cứu hoả yêu cầu, trong bể có lắp bộ điều khiển khống chế mức hút của bơm sinh hoạt. Bố trí hai họng chờ bên ngoài công trình. Họng chờ này được lắp đặt để nối hệ thống đường ống chữa cháy bên trong với nguồn cấp nước chữa cháy từ bên ngoài. Trong trường hợp nguồn nước chữa cháy ban đầu không đủ khả năng cung cấp, xe chữa cháy sẽ bơm nước qua họng chờ này để tăng cường thêm nguồn nước chữa cháy, cũng như trường hợp bơm cứu hoả bị sự cố hoặc nguồn nước chữa cháy ban đầu đã cạn kiệt. Thang máy chở hàng có nuồn điện dự phòng nằm trong một phòng có cửa chịu lửa đảm bảo an toàn khi có sự cố hoả hoạn . e. Các giải pháp kĩ thuật khác Công trình có hệ thống chống sét đảm bảo cho các thiết bị điện không bị ảnh hưởng : Kim thu sét, lưới dây thu sét chạy xung quanh mái, hệ thống dây dẫm và cọc nối đất theo quy phạm chống sét hiện hành . Mái được chống thấm bằng bitumen nằm trên một lớp bêtông chống thấm đặc biệt, hệ thống thoát nước mái đảm bảo không xảy ra ứ đọng nước mưa dẫn đến giảm khả năng chống thấm. 3. Giải pháp kết cấu sơ bộ. a. Sơ bộ về lựa chọn bố trí lưới cột, bố trí các khung chịu lực chính. Công trình có chiều rộng 17,3 m và dài 39,5 m, tầng 1 cao 4,2 m, tầng 2 cao 3,8 m, các tầng còn lại cao 3,2 m. Dựa vào mặt bằng kiến trúc ta bố trí hệ kết cấu chịu lực cho công trình. Khung chịu lực chính gồm cột, dầm và vách cứng kết hợp. Chọn lưới cột vuông, nhịp của dầm lớn nhất là 7,5 m. Thiết kế theo phương án sàn dày hơn bình thường, không có các dầm phụ để tiện ngăn chia không gian các phòng. Các công xôn ở tầng trên làm tăng diện tích sử dụng nhưng không có khẩu độ lớn để ảnh hưởng đến sự chịu lực chung của công trình . b. Sơ đồ kết cấu tổng thể và vật liệu sử dụng, giải pháp móng dự kiến. Kết cấu tổng thể của công trình là kết cấu hệ khung bêtông cốt thép (cột dầm sàn đổ tại chỗ) kết hợp với vách thang máy chịu tải trọng thẳng đứng theo diện tích truyền tải và tải trọng ngang (tường ngăn che không chịu lực). Khung ngang có các nhịp khẩu độ khác nhau nhiều nên chọn độ cứng của các nhịp dầm tương ứng với khẩu độ đó. Vật liệu sử dụng cho công trình: toàn bộ các loại kết cấu dùng bêtông mác 300 (Rn=130 kG/cm2), cốt thép AI cường độ tính toán 2100 kG/cm2, cốt thép AII cường độ tính toán 2800 kG/cm2. Phương án kết cấu móng: Thông qua tài liệu khảo sát địa chất, căn cứ vào tải trọng công trình có thể thấy rằng phương án móng nông không có tính khả thi nên dự kiến dùng phương án móng sâu (móng cọc).Thép móng dùng loại AI và AII, thi công móng đổ bêtông toàn khối tại chỗ. Trường Đại Học Xây Dựng Khoa Xây Dựng Dân Dụng & Công Nghiệp Phần kết cấu (45%) Giáo viên hướng dẫn: TS. Lý Trần Cường Nhiệm vụ được giao : 1/ Thiết kế cầu thang bộ 2/ Tính sàn toàn khối có dầm 3/ Thiết kế khung ngang BTCT trục 2 4/ Tính một lõi thang máy 5/ Tính móng trục 2 Bản vẽ kèm theo : - 1 bản vẽ thang bộ và lõi thang - 1 bản vẽ mặt bằng kết cấu - 1 bản vẽ kết cấu sàn tầng điển hình - 1 bản vẽ khung K2 - 1 bản vẽ kết cấu móng Chương I : lựa chọn giải pháp kết cấu I. Đặc điểm thiết kế kết cấu nhà cao tầng : 1. Hình dạng công trình : Với đặc điểm khu đất có dạng hình chữ nhật đơn giản, ta dùng loại mặt bằng trải dài phù hợp với yêu cầu kiến trúc. Mặt bằng này có hình dạng đối xứng và có khả năng làm giảm tác đông của tải trọng gió theo phương dọc nhà. Việc bố trí mặt bằng đảm bảo cho tâm cứng của nhà gần trọng tâm hình học và chúng không được thay đổi theo các tầng. Theo phương đứng, hình dạng của nhà được chọn là tương đối đều, ít thay đổi theo chiều cao và không được có đoạn nhô ra cục bộ hay các đoạn công xôn quá dài. Như vậy sẽ làm giảm tác động của tải trọng ngang và động đất . Về chiều cao nhà, ta phải tuân theo một tỉ lệ cho phép giữa độ cao và bề rộng. Điều này không chỉ có ý nghĩa đơn thuần về mặt kết cấu mà còn liên quan đến khả năng thi công, yêu cầu về quy hoạch, các vấn đề kinh tế kĩ thuật khác ... nhất là trong điều kiện hiện nay của nước ta. Tuy nhiên, với cùng một yêu cầu sử dụng ta cũng không nên chọn số tầng ít vì sẽ làm giá thành công trình tăng lên . 2. Về tải trọng ngang Tải trọng ngang bao gồm gió và đọng đát là nhân tố chủ yếu để thiết kế kết cấu nhà cao tầng. Theo sự thay đổi của chiều cao thì nội lực và chuyển vị của kết cấu tăng lên rất nhanh . Ta có thể hình dung điều đó nếu xem công trình như một thanh công xôn thẳng đứng, ngàm cứng với đất . Các thành phần nội lực sinh ra tại tiết diện sát với ngàm như sau : (với tải phân bố đều) ( với tải tam giác ) trong đó H là chiều cao nhà. Chuyển vị ngang tại đỉnh nhà tỷ lệ thuận với luỹ thừa bậc bốn của chiều cao. (với tải phân bố đều ) ( với tải tam giác ) Chuyển vị ngang tăng sẽ làm ảnh hưởng đến nội lực do độ lệch tâm tăng và phát sinh các lực phụ. Mặt khác nó còn gây ảnh hưởng đến yêu cầu sử dụng của công trình. Chính vì thế ngoài việc quan tâm đến cường độ của cấu kiện ta còn phải chú ý đến độ cứng tổng thể của công trình khi chịu tải trọng ngang. Hạn chế chuyển vị vì thế là một trong những yêu cầu hàng đầu khi thiết kế nhà cao tầng . 3. Giảm trọng lượng bản thân Trọng lượng bản thân lớn sẽ gây nhiều bất lợi cho công trình. Nó làm cho lực dọc trong cấu kiện cột tăng lên khi đó tiết diện cột sẽ lớn gây tốn kém về vật liệu và chiếm không gian sử dụng nhất là đối với công trình có số tầng không quá nhiều để có thể chuyển sang dùng kết cấu thép hoặc kết hợp giữa KC thép và KC BTCT . Trọng lượng bản thân còn làm tăng tác dụng của các tải trọng động do làm tăng dao động cho công trình . Khi giảm tải trọng bản thân còn giúp ta có khả năng tăng số tầng nhà tức là tăng khả năng sử dụng và giảm giá thành. II. Giải pháp kết cấu và sơ đồ khung dùng để tính toán cho nhà. Công trình Trụ sở giao dịch Ngân hàng 11 tầng, bước trung bình là 7,2m (lớn nhất là 7,5m). Vì vậy tải trọng theo phương đứng và phương ngang là khá lớn. Nếu chỉ dùng kết cấu phân khung sẽ khó đảm bảo độ cứng toàn hệ dưới tác dụng lực ngang, hơn nữa do nhà cao tầng có sử dụng thang máy nên ta kết hợp lõi thang máy với hệ khung thành hệ khung - vách cứng là hợp lý. + Theo yêu cầu linh hoạt về công năng sử dụng. Kiến trúc yêu cầu mặt bằng linh hoạt để đáp ứng chức năng nhiều phòng, nhiều loại phòng với kích thước khác nhau ta chọn kết cấu là hệ khung - vách cứng còn tường chỉ mang tính bao che và vách ngăn giữa các phòng. Như vậy cũng đồng thời giảm trọng lượng bản thân của tường xây vì tường ngăn thường là tường đơn. +Bố trí các bộ phận kết cấu. - Hệ khung. Bố trí nhịp khung và bước khung tương đối cân xứng và chiều cao cột khung ít thay đổi thuận tiện cho thi công và có tính thẩm mỹ cao. - Cầu thang bộ và thang máy. Xét tính kết cấu các cầu thang tạo nên các lỗ trống trên sàn, làm giảm độ cứng sàn, xung quanh lỗ có ứng suất tập trung lớn cần được gia cường. Thang máy có vách cứng bê tông cốt thép tạo thành giếng thang máy có độ cứng lớn hơn nhiều độ cứng của khung, nếu bố trí không tốt sẽ gây xoắn. Do đó hợp lý nhất là bố trí lõi thang máy gần trọng tâm của các mặt đón gió của ngôi nhà, ở đây chủ yếu chỉ xét gió theo phương ngang vì theo phương dọc số lượng bước khung nhiều độ cứng của hệ lớn hơn nhièu so với phương ngang. Vậy bố trí cầu thang bộ và cầu thang máy ở giữa mặt bằng theo chiều dài nhà là hợp lý. + Phân tích sự làm việc của kết cấu. Hệ kết cấu khung - vách cứng bê tông cốt thép có tính năng chịu lực ngang tốt. Có hai sơ đồ phổ biến dùng để tính toán kết cấu nhà cao tầng : * Sơ đồ giằng : Vách – lõi cứng chịu hoàn toàn tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng; khung chỉ chịu tải trọng đứng. Liên kết ở nút khung được coi là có cấu tạo khớp. Như vậy biến dạng của hệ kết cấu thường là biến dạng đồng điệu. * Sơ đố khung – giằng : Vách , lõi và khung cùng tham gia chịu tải trọng đứng và ngang . Khung có liên kết cứng tại nút. Biến dạng của khung sẽ như biến dạng do lực cắt gây ra; còn vách cứng có biến dạng uốn chiếm ưu thế. Các kết cấu thẳng đứng trên vì thế có biến dạng không đồng điệu. ở dây ta xét thấy việc chọn sơ đồ này sẽ là gần với sự làm việc thực tế của công trình hơn cả. - Vách cứng: Chịu phần lớn tải trọng ngang (vì vách cứng có độ cứng lớn hơn khung rất nhiều) - Khung: Chịu tải đứng và một phần tải trọng ngang, do đó mômen ở cột và dầm là nhỏ và khá đồng đều, thuận lợi để giảm kích thước của dầm, cột so với kết cấu thuần khung. - Sàn: Liên kết các kết cấu chống lực ngang thành hệ không gian. Phân phối tải ngang cho các kết cấu chịu lực ngang. Do sự khác biệt lớn về khẩu độ giữa các nhịp của khung ngang nên ta phải lưu ý chọn độ cứng giữa các nhịp tương ứng với khẩu độ của chúng . Việc này sẽ được xem xét khi lựa chọn kích thước của các cấu kiện trong các khung . Kích thước của công trình theo phương ngang là 17.1m và theo phương dọc là 39.5m. Như vậy ta có thể nhận thấy độ cứng của nhà theo phương dọc lớn lớn hơn nhiều so với độ cứng của nhà theo phương ngang. Do vậy ta có thể tính toán nhà theo sơ đồ khung ngang phẳng. Và theo mặt bằng kết cấu công trình ta nhận thấy sự làm việc của khung trục 2-2 là điển hình vì khung này chịu tải trong đứng là lớn so với các khung ngang như khung trục 1-1 bởi như theo sơ đồ phân tải thì tải truyền vào khung trục 2-2 là từ hai bên truyền vào. Còn đối với khung trục 1-1 thì chỉ có tải trọng truyền từ 1 bên. Đồng thời do khung trục 2-2 cách xa tâm cứng nhà hơn so với các khung giữa nhà như 3-3; 4-4... Nên việc lựa chọn và tính khung trục 2-2 là hợp lí . III. Chọn kích thước tiết diện . Do yêu cầu kiến trúc, ta dùng phương án hệ hệ kết cấu có sàn dày hơn bình thường để tạo nhịp lớn, giảm bớt số lượng các dầm phụ, tăng độ cứng cho sàn giúp chịu và phân phối tải trọng ngang tốt hơn. Điều này còn tạo sự đơn giản về sơ đồ kết cấu và thuận tiện cho thi công công trình . 1 / Chọn chiều dày sàn : Ta chọn trong trường hợp bản kê bốn cạnh và lên tục . Chọn theo công thức : Trong đó : l = l1 = 7m là chiều dài cạnh ngắn ( của ô sàn điển hình ) md = 40 á 45 với bản kê bốn cạnh, md bé khi bản kê tự do và lớn khi bản kê liên tục , D= 0,8 á 1,4 phụ thuộc vào tải trọng h = 12,44 24,5 (cm) , ta chọn hs = 18 cm (với D=1,1 và md=44). 2/ Chọn tiết diện dầm : * Dầm theo phương ngang ( dầm chính ) : a/ Dầm nhịp AB và CD : Để đảm bảo tính thẩm mỹ và để dễ thi công , ta dự kiến chọn tiết diện các dầm theo phương ngang ở 2 nhịp trên là như nhau Chọn chiều cao tiết diện dầm h theo công thức : Trong đó : ld = 7,0m , md =8á 12 phụ thuộc vào tải trọng tác dụng và tính liên tục của dầm, chọn m = 10 Bề rộng : bd = (0,3á 0,5 ) hd = (0,3 á 0,5 ) .70 = 21 á35 cm nên ta chọn bd = 25cm Vậy tiết diện dầm sẽ là : 70x25 cm . b/ Dầm nhịp BC và dầm công xôn : Để tiện thi công và đảm bảo yêu cầu kiến trúc ta chọn cùng một tiết diện và chọn theo dầm công xôn. Ta có : Với dầm công xôn md =5á 7 . Vì dầm chịu tải khá lớn nên ta chọn md = 5,5 Ta có : hd = 180/5,5 = 32,7cm . chọn hd = 35 cm . bề rộng dầm b = 25 cm chọn giống dầm nhịp AB. Vậy tiết diện dầm là 35 x 25 cm . 3/ Chọn tiết diện cột : Trạng thái làm việc và điều kiện chịu lực của các cột khác nhau tuy nhiên ta vẫn chọn tiết diện các cột là giống nhau theo mặt bằng và có thay đổi tiếy diện theo chiều cao. Xác định tiết diện theo công thức : Fb = (1,2 á1,5 ) n/Rn Trong đó : N là lực nén lớn nhất có thể xuất hiện trong cột Rn = 130 kG/cm2 với bê tông mác 300 . Ta có : N = Gs +Ps + Gd + Gtường , tính cho cột chịu lực nén lớn nhất trong đó Gs, Ps là tĩnh tải và hoạt tải sàn tác dụng vào cột theo diện chịu tải tương ứng Gd là trọng lượng dầm Gtường là trọng lượng tường * Tĩnh tải và hoạt tải sàn : Diện chịu tải của một cột tại một tầng là : S = (7,2+7,5)/2. ( 7/2 + 1,8) =38,96 m2 Tĩnh tải sàn là gtt = 649,8 kG/ m2. Hoạt tải sàn là ptt = 1,3 ptc= 1,3x200 =260 kG/ m2 ( đối với văn phòng ) Vậy : Gs + Ps = 11. ( 649 +260 ) . 38,96 = 389903,9 kG/ m2 * Trọng lượng dầm : Ta có : Gd = 11. {[(7,2 + 7,5 ) / 2 + 7/ 2] .(0,7-0,18) + 1,8. (0,35-0,18) }.0,25 .2500 = = 40892,25 kG * Trọng lượng tường : Gtường = 7[ (3,2 – 0,7) . (7/2 + 1,8) . 0,25 .1800 + (3,2-0,7). (7,2+7,5)/2 . 0,14 . 1800] + 3.( 3,8 – 0,7 ). (7/2 + 1,8).0,25 .1800 = 96331,5 kG Vậy tại chân cột ta có : N = 389903,9 + 40892,25 + 96331,5 = 527127,65 kG Theo công thức ta có : Fb = (1,2 á1,5 ) n/Rn = 1,2 . 527127,65/130= 4865,8 (cm2) Vậy ta chọn bxh = 50x90 (cm) có Fb = 4500 cm2 * Giảm tiết diện cột : Vì lý do chiều cao nhà và số tầng nhà tương đối lớn , càng lên trên cao các cột chịu tải càng ít đi so với các tầng dưới nên để dảm bảo tính hợp lý trong kết cấu nhà và cũng để đảm bảo tính kinh tế , ta giảm tiết diện cột như sau : + Cột tầng 1, 2, 3, 4 tiết diện giống nhau . + Cột tầng 5, 6, 7 tiết diện giống nhau + Cột tầng 8, 9, 10, 11 ( tầng kĩ thuật ) có tiết diện giống nhau * Xét tầng 5 : Lực nén lớn nhất trong cột là : N4= N1.. 7/11 = 335445,5 (kG ) ị Fb = 1,3.N4/130 = 3354,45 ( cm 2 ) Chọn tiết diện : b xh = 50x70 cm có F = 3500 ( cm2 ) * Xét cột tầng 8 : Lực nén lớn nhất trong cột : N7= N1..4/11 = 191682,8 (kG ) ị Fb = 1,5.N4/130 = 2211,7 ( cm 2 ) Chọn tiết diện : b xh = 50 x 50 cm có F = 2500 ( cm2 ) Vậy ta có tiết diện cột như sau : + Cột tầng 1, 2, 3, 4 : bxh = 50x90 cm + Cột tầng 5, 6, 7 : bxh = 50x70 cm + Cột tầng 8, 9, 10, 11 : bxh = 50x50 cm Chương II : Xác Định tảI trọng và nội lực của hệ kết cấu Do đặc điểm và hình dạng công trình và giải pháp kết cấu như đã chọn ở chương I nên ta tính toán nội lực ứng với các trường hợp tải trọng tác dụng vào công trình bằng sơ đồ tính khung phẳng, có sự trợ giúp của chương trình phân tích kết cấu trên máy tính cá nhân là SAP 2000 . Có các trường hợp tải trọng tác dụng vào công trình như sau : 1/ tĩnh tảI : Bao gồm trọng lượng bản thân các bộ phận, các lớp trang trí, lớp trát vvv … 2/ Hoạt tảI : Tuỳ thuộc vào công năng của từng phòng mà ta lấy tải trọng theo TCVN 2737-95 . Hoạt tải được chất theo hai trường hợp và căn cứ vào việc tổ hợp nội lực với các trường hợp tải khác để tìm ra nội lực nguy hiểm nhất trong các cấu kiện . Chú ý đến cả thành phần dài hạn trong mỗi hoạt tải đó . 3/ TảI trọng gió : Do chiều cao công trình là 38,4 m, nhỏ hơn 40 m, nên ta chỉ kể đến một thành phần gió tác dụng vào nhà là thành phần gió tĩnh, bao gồm : Gió thổi theo phương OX , phương dọc nhà ; Gió thổi theo phương OY, đây là phương gần với hướng gió chính Đông Nam; Gió thổi theo phương - OX ; Gió thổi theo phương - OY ; Vì nhà có kích thước chiều dài lớn lớn hơn nhiều so với chiều rộng nên độ cứng theo phương dọc nhà là rất lớn , do đó ta bỏ qua tác dụng gió thổi theo phương dọc nhà . Như vậy có năm trường hợp tải trọng tác dụng vào công trình như sau : + Tĩnh tải + Hoạt tải 1. + Hoạt tải 2 . + Gió thổi theo phương OY . + Gió thổi theo phương – OY A/ Tĩnh tảI : I/ Xác định các thành phần tĩnh tảI : Khi xét tĩnh tải khung , do quá trình khai báo trong file dữ liệu vào của SAP 2000 , ta đã khai báo hệ số trọng lượng bản thân (self weight = 1,1 ) nên trọng lượng bản thân của các kết cấu chịu lực gồm : dầm ngang, cột đã được kể đến . Do đó , ở đây ta chỉ phải xét đến trọng lượng bản thân của các cấu kiện là dầm dọc, tấm sàn, tấm tường, và các lớp trát, trang trí , ... khi xác định tải trọng tĩnh . 1/ Sàn các tầng 2 á10 và tầng kĩ thuật 11: Các lớp sàn gồm có : Nền lát gạch men Hữu Hưng 300x300 , có g = 2200 kG / m3 , d = 1cm Lớp vữa lót xi măng mác 50 # , d = 20 , g = 1800kG/ m3 Lớp cách âm d = 5cm , g 1= 1000 kG / m3 = Sàn BTCT chịu lực dày d = 100 , g = 2500 kG/ m3 Vữa trát trần xi măng mác 50 # , d = 15 , g = 1800 kG/ m3 2/ Mái tầng 10, 11 : Cấu tạo gồm có : Hai lớp gạch lá nem d = 30, g = 2200 kG / m 3 Gạch chóng nóng có qtc = 65 kG / m2 Lớp xi măng chống thấm d = 30, g = 1800 kG / m3 Lớp BTCT chịu lực d = 100 , g = 2500 kG / m3 Vữa trát trần xi măng mác 50 # , d = 15 , g = 1800 kG/ m3 Vậy ta có bảng sau : Kết cấu Các lớp cấu tạo d (mm) Tải trọng tiêu chuẩn ( kG / m2) Hệ số vượt tải Tải trọng tính toán ( kG / m 2) Sàn - Gạch lát nền - Vữa lót - Lớp cánh âm - Sàn BTCT chịu lực - Vữa trát 10 20 50 180 15 22 36 50 450 27 1,1 1,2 1,1 1,1 1,2 24,2 43,2 55 495 32,4 ồ 275 649,8 Mái - Hai lớp gạch lá nem - Lớp vữa lót - Gạch chống nóng - Vữa XM chống thấm - Bản BTCT - Vữa trát 30 20 - 50 180 15 66 36 65 100 450 18 1,1 1,2 1,2 1,2 1,1 1,2 72,6 43,2 78 120 495 21,6 ồ 830,4 iI/ Phân phối tải trọng tĩnh vào khung : Dự kiến mặt đài cọc ở cốt -1,8m , các nút khung là giao điểm của trục cột và trục dầm, cột được ngàm chặt vào đài móng. Tĩnh tải tác dụng lên khung K2 gồm có : - Tải trọng phân bố từ sàn tác dụng vào dầm ngang ( D1 , D2 , D3 ) ,tính theo diện chịu tải tương ứng dưới dạng tải tam giác hoặc hình thang . Do khả năng tính toán của SAP2000 đáp ứng được nên ta không cần thay đổi tải đó về dạng phân bố đều . Thành phần này bao gồm cả tĩnh tải và hoạt tải. - Tải trọng do trọng lượng bản thân của dầm ngang và tường gạch xây (tường ngang) tác dụng dưới dạng tải phân bố đều . Thành phần này chỉ có tĩnh tải . - Các tải trọng tập trung do sàn truyền qua dầm dọc vào nút khung, bản thân dầm dọc và tường dọc truyền vào . Thành phần này cũng bao gồm cả tĩnh tải và hoạt tải. Tải từ 1 sàn truyền vầo dầm có giá trị lớn nhất là trong đó : q là giá trị tải trọng tính toán đặt trên ô sàn đó ; l1 là kích thước cạnh ngắn của ô sàn . 1/ Sàn tầng 2 : * Sơ đồ phân phối tải trọng sàn tầng 2 lên khung K2 a/ Tải phân bố : Ta có gtt = 649,8 kG / m2 * Dầm D1 chịu tải phân bố từ sàn truyền vào từ hai bên dưới dạng tải tam giác , có giá trị lớn nhất ở giữa nhịp là : g1s = gtt . l1 = 649,8 . 4,92 = 3197 kG/m trong đó : l1 là cạnh ngắn của ô bản . Ngoài ra còn có trọng lượng tường, giả thiết tường gạch đặc, bề rộng tường 250, có cả lớp trát và g = 1800 kG/m3, chiều cao 3,8 – 0,7 = 3,1 m: g1t = 0,25. 3,1. 1800. 1,2 = 1674 kG/m * Dầm D2 : Tải phân bố từ sàn vẫn lấy giống như trường hợp bản kê 4 cạnh : g2s = gtt . l1 = 649,8 . 1,88 = 1222 kG/m . * Dầm D3 Chỉ có tải phân bố từ sàn truyền vào, để tiện tính toán ta coi như tính với cả ô bản to mà không kể đến việc có lõi thang máy nằm trong ô đó : g3s = gtt. l1 = 649,8 . 5,92 = 3847 kG/m b/ Tải tập trung : * Tại nút A1 : - Tải trọng sàn truyền qua dầm dọc vào nút : GA1s = gtt. . l1 / 2. [( l2 – l1 ) + l2 ]. 1/2. 1/2 = 649,8. (4,92 /2).(7,075 + 2,155 ). 1/2 .1/2 = 3689 kG - Tải trọng tường truyền qua dầm dọc vào nút : Tường 220, cao 3,9 – hd = 3,8 –0,7 = 3,1 m, có 40 o/0 cửa sổ bằng kính, tính sơ bộ : GA1t = 1,2 . 0,25 . 3,1 . 7,2 . 1800. 1/2. 0,6 = 3616 kG - Tải trọng bản thân dầm dọc : ( 70 x 25 cm ) GA1d = 1,1 . 0,7 . 0,25 . 7,2 . 2500. 1/2 = 1733 kG Vậy : GA1 = GA1s + GA1t + GA1d = 9038 kG * Tại nút A2 : - Tải trọng sàn truyền qua dầm dọc vào nút : GA2s = gtt.. [( l2 – l1 ) + l2 ] . l1 / 2 . 1/2 = 649,8. (4,02 /2).(7,075 + 3,055 ). 1/2 .1/2 = 3308 kG - Tải trọng tường truyền qua dầm dọc vào nút : Tường 220, cao 3,9 – hd = 3,8 –0,7 = 3,1 m, có 40 o/0 cửa sổ bằng kính, tính sơ bộ : GA1t = 1,2 . 0,25 . 3,1 . (7,2+ 1,8) . 1800. 1/2. 0,6 = 4520 kG - Tải trọng bản thân dầm dọc : ( 70 x 25 cm ) GA1d = 1,1 . 0,7 . 0,25 . (7,2+ 1,8 ). 2500. 1/2 = 2166 kG Vậy : GA1 = GA1s + GA1t + GA1d = 9994 kG * Tại nút B : - Tải trọng sàn truyền vào: GBs= GA1s+ GA2s + gtt.. [( l2 – l1 ) + l2 ] . l1 / 2 . 1/2 = = 3689+ 3308 + 649,8.(7,075+ 5,195). 1,88/ 2 . 1/2 = = 10744 kG - Tải trọng tường, có 2 cửa đi 1,4x 2,7m ; tường 220 cao (3,8 – 0,7) = 3,1m, ... GBt = 1,2 . (7,075. 3,1 – 2. 1,4. 2,7). 0,25. 1800 = 3985 kG - Trọng lượng bản thân dầm dọc: GBd = 1,1. 0,25. 0,7. 7,2. 2500 = 3465 kG Vậy : GB = GBs + GBt + GBd = 10744 + 3985 + 3465 = 18194 kG. * Tại nút C : - Tải trọng truyền từ sàn qua các dầm dọc: GCs = 649,8 . (7,075+ 5,195). 1,88/2.1/2 + 649,8. (7,075+ 1,155). 5,92/2 . 1/2 = 11662 kG - Tải trọng do tường truyền vào nút qua dầm dọc : GCt = 2. GBt + 1,2. 6,2/2 . 3,1. 0,25. 1800 = 7970 + 5190 = 13160 kG - Trọng lượng bản thân dầm dọc: tương tự nút B GCd = GBd = 1,1. 0,25. 0,7. 7,2. 2500 = 3465 kG Vậy GC = 11662 + 13160 + 3465 = 28287 kG * Tại nút D : - Tải trọng truyền từ sàn qua các dầm dọc: GCs = 649,8. (7,075+ 1,155). 5,92/2 . 1/2 = 7915 kG - Trọng lượng tường: GDt = 2. GA1t + 1,2. 6,2/2 . 3,1. 0,25. 1800 = 12421 kG - Trọng lượng dầm dọc: GDd = GBd = 1,1. 0,25. 0,7. 7,2. 2500 = 3465 kG Vậy GD = GDs + GDt + GDd = 7915 +14230 +3465 = 23801 kG Ta có sơ đồ tính tải trọng tác dụng vào khung K2 ở tầng 2 như sau: (Đơn vị lực phân bố : kG/m , đơn vị lực tập trung : kG) 2/ Sàn tầng 3 á 4: a/ Tải phân bố Tương tự sàn tầng 2, ta có gtt = 649,8 kG / m2 * Dầm D1 : Tải phân bố từ sàn truyền vào từ hai bên dưới dạng tải tam giác, có giá trị lớn nhất ở giữa nhịp là : g1s = gtt . l1 = 649,8 . 7,06 = 4588 kG/m trong đó l1 là cạnh ngắn của ô bản . * Dầm D2 : Tải phân bố từ sàn vẫn lấy giống như trên : g2s = gtt . l1 = 649,8 . 1,88 = 1222 kG/m . * Dầm D3 Chỉ có tải phân bố từ sàn truyền vào, để thuận tiện cho việc tính toán ta coi như tính với ô bản mà không kể đến việc có lõi thang máy nằm trong ô đó : g3s = gtt. l1 = 649,8 . 5,92 = 3847 kG/m . Sơ đồ phân phối tải lên khung K2 như sau: b/ Tải tập trung * Tại nút trục Ao : - Tải do sàn truyền vào dầm dọc : GAos = gtt . 1/2 . 1,46 . 7,2 = 3416 kG - Trọng lượng bản thân dầm bo chạy dọc nhà : GAod = 0,35. 0,25. 7,2. 2500. 1,1 = 1733 kG - Trọng lượng tường ngoài : tính tương tự phần trên GAot = 2. GA1t = 7232 kG GAo = GAos + GAot + GAod = 12380 kG * Tại nút A: -Tải sàn truyền vào: GAs = GAos + 649,8. 7,06. ( 7,075+ 0,015 ). 1/2. 1/2 = 11536 kG - Trọng lượng dầm dọc : tương tự phần trên GAd = GBd = 1,1. 0,25. 0,7. 7,2. 2500 = 3465 kG Vậy : GA = 11536 + 3465 = 15001 kG * Nút trục B: - Tải trọng sàn truyền vào : tương tự tầng 2 ta có: GBs = 11881 kG - Tải trọng từ tường dọc : GBt = 2. 3985 = 7970 kG - Trọng lượng bản thân dầm dọc : GBd = 3465 kG Vậy: GD = GBs + GBt + GBd = 23317 kG * Nút trục C : Tương tự sàn tầng 2 ta có: GC = 28287 kG * Nút trục D: Tương tự sàn tầng 2 ta có: GD = 23801 kG Vậy ta có sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung K2 ở tầng 3, 4 như sau: (Đơn vị lực phân bố : kG/m, đơn vị lực tập trung : kG) 3/ Sàn tầng 5 á10 Sơ đồ phân phối tải lên khung như sau: a/ Tải phân bố Tương tự sàn tầng 3, 4 ta có gtt = 649,8 kG / m2 * Dầm côngxôn : Trọng lượng tường với chiều cao 3,2 – 0,7 = 2,5 m: g1t = 0,25. 2,5. 1800. 1,2 = 1350 kG/m * Dầm D1 : Tải phân bố từ sàn : g1s = gtt . l1 = 649,8 . 7,06 = 4588 kG/m và trọng lượng tường với chiều cao 3,2 – 0,7 = 2,5 m: g1t = 0,25. 2,5. 1800. 1,2 = 1350 kG/m * Dầm D2 : Tải phân bố từ sàn vẫn lấy giống như trên : g2s = gtt . l1 = 649,8 . 1,88 = 1222 kG/m . * Dầm D3 Tải phân bố từ sàn truyền vào : g3s = gtt. l1 = 649,8 . 5,92 = 3847 kG/m Trọng lượng tường : g1t = 0,25. 2,5. 1800. 1,2 = 1350 kG/m . b/ Tải tập trung * Tại nút trục Ao : - Tải do sàn truyền vào dầm dọc : GAos = gtt . 1/2 . 1,46 . 7,2 = 3416 kG - Trọng lượng bản thân dầm bo chạy dọc nhà : GAod = 0,35. 0,25. 7,2. 2500. 1,1 = 1733 kG - Trọng lượng tường ngoài : tính tương tự phần trên GAot = 2. GA1t = 7232 kG GAo = GAos + GAot + GAod = 12380 kG * Tại nút A: -Tải sàn truyền vào: GAs = GAos + 649,8. 7,06. ( 7,075+ 0,015 ). 1/2. 1/2 = 11536 kG - Trọng lượng dầm dọc : tương tự phần trên GAd = GBd = 1,1. 0,25. 0,7. 7,2. 2500 = 3465 kG - Trọng lượng tường 110 làm vách ngăn, cao 3,0m và rộng 0,14m, chiều dài tường lấy gần đúng : GAt = 1/2 . (7+ 1,8). 0,14. 3,0. 1800. 1,2 = 4258 kG Vậy : GA = 11536 + 3465 + 4258 = 19258 kG * Nút trục B: - Tải trọng sàn truyền vào : tương tự tầng 2 ta có: GBs = 11881 kG - Tải trọng từ tường dọc : GBt = 2. 3985 = 7970 kG - Trọng lượng tường 110 làm vách ngăn với các khu vệ sinh, ...: GBt1 = 1/2 . (7+ 4,69). 0,14. 3,2. 1800. 1,2 = 5656 kG - Trọng lượng bản thân dầm dọc : GBd = 3465 kG Vậy: GD = GBs + GBt + GBd + GBt1 = 28973 kG * Nút trục C : Tải tập trung có giá trị bằng GC tương ứng ở tầng 3, 4 cộng với trọng lượng tường bao che của khu vệ sinh, tính một cách gần đúng : GC = 28287 + 1/2 . (2,1 + 2,345 – 0,9). 2,7. 1800. 1,2 = 28287 + 2895 = 31182 kG * Nút trục D: Tương tự sàn tầng 3, 4 ta có: GD = 23801 kG Ta có sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung K2 ở tầng 5 - 10 như sau: (Đơn vị lực phân bố : kG/m, đơn vị lực tập trung : kG) 4/ Sàn tầng 11 a/ Tải phân bố Phần các ô sàn thuộc bước cột 1 – 2 tính với giá trị tĩnh tải gttm= 830,4 kG/m2 , phần còn lại tương tự sàn tầng 5- 10 có gtt = 649,8 kG / m2 . * Dầm D1 : Tải phân bố từ sàn : g1s = 649,8 . 7,06. 1/2 + 649,8 . 7,06. 1/2 . 830,4/ 649,8 = 5225 kG/m , và trọng lượng tường với chiều cao 3,2 – 0,7 = 2,5 m: g1t = 0,25. 2,5. 1800. 1,2 = 1350 kG/m * Dầm D2 : Tải phân bố từ sàn vẫn lấy giống như trên : g2s = 649,8 . 1,88. 1/2. (1 + 830,4/ 649,8) = 1392 kG/m . * Dầm D3 Tải phân bố từ sàn truyền vào : g3s = 649,8 . 5,92. 1/2. (1 + 830,4/ 649,8) = 4382 kG/m Trọng lượng tường : g1t = 0,25. 2,5. 1800. 1,2 = 1350 kG/m . Sơ đồ phân phối tải lên khung như sau: b/ Tải tập trung * Tại nút trục Ao : - Tải do sàn truyền vào dầm dọc : GAos = 649,8 . 1/2 . 1,46 . 7,2 . 830,4/ 649,8 = 3416. 1,278 = 4366 kG - Trọng lượng bản thân dầm bo chạy dọc nhà : GAod = 0,35. 0,25. 7,2. 2500. 1,1 = 1733 kG - Trọng lượng tường chắn mái : GAot = 1,1. 0,14. 7,2. 1800. 1,2 = 2395 kG GAo = GAos + GAot + GAod = 8492 kG . * Tại nút A: -Tải từ sàn truyền vào: GAs = GAos + 649,8. 7,06/ 2. ( 7,075+ 0,015 ). 1/ 2. (1 + 1,278)/2 = 4366 + 9262 = 13628 kG - Trọng lượng dầm dọc : tương tự phần trên GAd = GBd = 1,1. 0,25. 0,7. 7,2. 2500 = 3465 kG - Trọng lượng tường 110 làm vách ngăn : GAt = 1/2.1/2. (7+ 1,8). 0,14. 3,0. 1800. 1,2 = 2128 kG Vậy : GA = 13628 + 3465 + 2128 = 19221 kG . * Nút trục B: - Tải trọng sàn truyền vào : GBs = 11881. (1 + 1,278). 1/2 = 13533 kG - Tải trọng từ tường dọc lấy 1/2 giá trị tương ứng ở tầng 5 - 10: GBt = 3985 kG và trọng lượng tường 110 làm vách ngăn cũng lấy 1/2 giá trị tương ứng ở tầng 5 - 10: GBt1 = 1/2 . (7+ 4,69). 0,14. 3,2. 1800. 1,2 = 5656 kG - Trọng lượng bản thân dầm dọc : GBd = 3465 kG Vậy: GD = GBs + GBt + GBd + GBt1 = 26639 kG . * Nút trục C : Tương tự trên ta tính được : - Tải trọng truyền từ sàn qua các dầm dọc: GCs = 11662. (1+ 1,278)/2= 13283 kG - Tải trọng do tường truyền vào nút qua dầm dọc : GCt = 13160 + 1/2. 2895 = 14608 kG - Trọng lượng bản thân dầm dọc: GCd = 3465 kG Vậy GC = 13283 + 14608 + 3465 = 31356 kG . * Nút trục D : - Tải trọng truyền từ sàn qua các dầm dọc: GCs = 649,8. (7,075+ 1,155). 5,92/2 . 1/2. ( 1 + 1,278 )/ 2 = 9015 kG - Trọng lượng tường: GDt = GA1t + 1,2. 6,2/2 . 3,1. 0,25. 1800 = 10614 kG - Trọng lượng dầm dọc: GDd = GBd = 1,1. 0,25. 0,7. 7,2. 2500 = 3465 kG Vậy GD = GDs + GDt + GDd = 9015 +10614 +3465 = 23094 kG . Vậy ta có sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung K2 ở tầng 11 như sau: (Đơn vị lực phân bố : kG/m, đơn vị lực tập trung : kG) 4/ Sàn MáI Sơ đồ phân phối tải lên khung như sau: a/ Tải phân bố Giá trị tĩnh tải tính toán : gtt = 830,4 kG/m2 * Dầm D1 : Tải phân bố tam giác từ sàn : g1s = 1/2 . 830,4 . 7,06. 1/2 = 1466 kG/m và tải phân bố đều bên ô sàn dạng công xôn có bề rộng 0,9 m : g1sđ = 830,4. 0,9 = 748 kG/m * Dầm D2 : Tải phân bố từ sàn dưới dạng tam giác : g2s = 830,4 . 1,88 = 1561 kG/m . * Dầm D3 : Tải từ sàn truyền vào dạng phân bố tam giác: g3s = 830,4 . 5,92. 1/2 . 1/2 = 1229 kG/m Tải phân bố đều từ sàn truyền vào : g3sđ = 830,4 . 0,9 = 748 kG/m . b/ Tải tập trung : * Tại nút trục A : -Tải từ sàn truyền vào: GAs = 1/ 2 . 830,4. 7,06/ 2. ( 7,075+ 0,015 ). 1/2 = 5196 kG - Trọng lượng dầm bo : GAd = 0,35. 0,25. (7/2 + 0,9). 2500. 1,1 = 1059 kG - Trọng lượng tường chắn mái : GAt = 1,1. 0,14. (7,2/2 + 7/ 2 + 0,9). 1800. 1,2 = 2661 kG GA = GAs + GAt + GAd = 8916 kG . * Tại nút B: -Tải từ sàn truyền vào: GBs = GAs + 1/ 2 . 830,4. 1,88/ 2. ( 7,075+ 5,195 ). 1/2 = 7591 kG - Trọng lượng dầm dọc : GBd = 1/ 2. 1,1. 0,25. 0,7. 7,2. 2500 + 0,25. 0,35. 0,9. 2500. 1,1 = 1950 kG - Trọng lượng tường chắn mái : GBt = 1,1. 0,14. (7 + 2,1)/ 2 . 1800. 1,2 = 1516 kG Vậy : GB = 7591 + 1950 + 1516 = 11057 kG . * Nút trục C : Tương tự trên ta tính được : - Tải trọng truyền từ sàn qua các dầm dọc: GCs = 1/2. 830,4 . 1/ 2 . ( 1,88. (7,075 + 5,195) + 5,92. (7,075 + 1,155 ) ). 1/2 = 7452 kG - Tải trọng do tường chắn mái : GCt = 1,1. 0,14. (6,2 + 2,1)/ 2 . 1800. 1,2 = 1381 kG - Trọng lượng bản thân dầm dọc, như trên : GCd = 1950 kG Vậy GC = 7452 + 11381 + 1950 = 10783 kG . * Nút trục D : - Tải trọng truyền từ sàn qua các dầm dọc: GCs = 830,4. (7,075+ 1,155). 5,92/2 . 1/2. 1/ 2 = 5057 kG - Trọng lượng tườngchắn mái : GDt = 1,2. (6,2/2 + 0,9 + 7,2/2). 1,1. 0,14. 1800 = 2528 kG - Trọng lượng dầm dọc: GDd = 1950 kG ị GD = GDs + GDt + GDd = 9535 kG . Vậy ta có sơ đồ tĩnh tải tác dụng vào khung K2 ở mái tầng 11 như sau: (Đơn vị lực phân bố : kG/m, đơn vị lực tập trung : kG) B/ Hoạt tải : I/ Xác định các thành phần hoạt tải : Ta có : ptt = n . pt/c Trong đó : ptt là hoạt tải tính toán tác dụng vào công trình . n là hệ số vượt tải . theo TCVN 2737_1995 ta có : n= 1,3 với pt/c< 200 kG / cm 2 . n = 1,2 với pt/c ³ 200 kG / cm 2 pt/c : hoạt tải tiêu chuẩn , dựa vào chức năng nhiệm vụ của từng loại phòng , từng khu vực sàn , mái . Giá trị pt/c được xác định từ TCVN 2737_1995 như bảng sau : TT Loại phòng Giá trị hoạt tải ( kG/m2 ) pt/c hệ số độ tin cậy n ptt 1 2 3 4 5 Phòng làm việc Sảnh , hành lang Phòng khách, ngủ, vệ sinh, ... Mái ( không sử dụng ở trên ) Mái hắt + máng nước 200 300 200 75 75 1,2 1,2 1,2 1,3 1,3 240 360 240 97,5 97,5 II/ phân phối hoạt tải vào khung K2 : Căn cứ vào thành phần tĩnh tải phân bố trên các ô sàn, ta tìm được hoạt tải tương ứng với nó thông qua các hệ số : - h1 : tích số giữa giá trị hoạt tải toàn phần trên tĩnh tải sàn của mỗi ô sàn ; - h2 : tích số giữa giá trị hoạt tải dài hạn trên tĩnh tải sàn của ô sàn ; Bảng Tính toán Hoạt Tải Khung K2 [ kG/m2 ] tầng Loại tải Kí hiệu Tĩnh tải sàn hệ số h1 hoạt tải toàn phần hệ số h2 hoạt tải dài hạn 1 2 3 4 5 6 7 8 Tầng 2 phân bố g1 3197 0.37 1182.89 0.185 591.445 g2 1222 0.554 676.988 0.185 226.07 g3 3847 0.37 1423.39 0.185 711.695 tập trung Ga1 3689 0.37 1364.93 0.185 682.465 Ga2 3308 0.37 1223.96 0.185 611.98 Gb 6996 0.37 4665 0.185 1988 3748 0.554 0.185 Gc 3748 0.554 5005 0.185 2158 7915 0.37 0.185 Gd 7915 0.37 2928.55 0.185 1464.275 Tầng 3 – 4 phân bố g1 4588 0.37 1697.56 0.185 848.78 g2 1222 0.554 676.988 0.185 226.07 g3 3847 0.37 1423.39 0.185 711.695 tập trung Ga0 3689 0.37 1364.93 0.185 682.465 Ga 11535.4 0.37 4268.098 0.185 2134.049 Gb 8134 0.37 5086 0.185 2198.2 3748 0.554 0.185 Gc 3748 0.554 5005 0.185 2158 7915 0.37 0.185 Gd 7915 0.37 2928.55 0.185 1464.275 Tầng 5 – 10 phân bố g1 4588 0.37 1697.56 0.13 596.44 g2 1222 0.554 676.988 0.185 226.07 g3 3847 0.37 1423.39 0.13 500.11 tập trung Ga0 3689 0.37 1364.93 0.13 479.57 Ga 11535.4 0.37 4268.098 0.13 1499.602 Gb 8134 0.37 5086 0.13 1751 3748 0.554 0.185 Gc 3748 0.554 5005 0.185 1722.3 7915 0.37 0.13 Gd 7915 0.37 2928.55 0.13 1028.95 Bảng Tính toán Hoạt Tải Khung K2 ( tiếp ) [ kG/m2 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 Tầng 11 phân bố g1 2294 0.37 1195.3 0.13 298.22 2936.3 0.118 0 g2 611 0.554 431 0.185 113.035 781 0.118 0 g3 1923.4 0.37 1002 0.13 250.042 2458 0.118 0 tập trung Ga0 4366 0.118 515.188 0 0 Ga 4366 0.118 2633 0 528.567 4065.9 0.37 0.13 5196.2 0.118 0 Gb 4066 0.37 3439 0.13 875.3 1874 0.554 0.185 5197.6 0.118 0 2395 0.118 0 Gc 1874 0.554 3382 0.185 861.2 3957.5 0.37 0.13 2395 0.118 0 5057.7 0.118 0 Gd 3957.5 0.118 1931.3 0 514.5 3957.5 0.37 0.13 Tầng 12 (Mái) phân bố g1 d 748 0.118 88.264 0 0 g1 tg 2932 0.118 434.24 0 0 g2 d 748 0.118 88.264 0 0 g2 tg 780.6 0.118 180.4 0 0 g3 d 748 0.118 88.264 0 0 g3 tg 2458 0.118 378.3 0 0 tập trung Ga 5196.2 0.118 613.1516 0 0 Gb 5197.6 0.118 896 0 0 2395 0.118 0 0 Gc 2395 0.118 879.4 0 0 5057.7 0.118 0 0 Gd 5057.7 0.118 596.8086 0 0 C/ tải trọng gió : Công trình có độ cao H = 38 m do đó ta không phải tính đến tác dụng do thàmh phần động của tải trọng gió ( theo quy phạm TCVN - 2737-1995) như vậy chỉ có một thành phần gió là gió tĩnh . I/ Tính toán và phân phối tải trọng ngang : Theo phương án kết cấu đã chọn, công trình này có sơ đồ tính dạng khung giằng, bao gồm sự kết hợp giữa khung và vách - lõi cứng. Dưới tác động của tải trọng ngang mà ở đây là tải trọng gió, khung và vách - lõi cứng sẽ có biến dạng không đồng điệu, nghĩa là quy luật biến dạng theo chiều cao của chúng khác là nhau. Cả khung và vách - lõi đều tham gia chịu tải trọng ngang. ở đây , để tính toán phân phối tải trọng ngang cho kết cấu công trình ta có quan niệm như sau : thay thế khung bằng một vách cứng tương đương (có cùng chiều cao, cùng chuyển vị ngang ở đỉnh hoặc ở cao trình 0,8 H khi cùng chịu một loại tải trọng ngang). Bằng cách quan niệm như vậy, việc tính toán phân phối tải trọng ngang cho công trình được thực hiện theo cách tính của nhà có sơ đồ giằng và bài toán trở thành phân phối tải trọng ngang cho nhà có sơ đồ chịu tải gồm toàn các vách cứng . Tải trọng ngang phân phối đến các vách cứng được xác định theo công thức sau , gọi hợp lực tải trọng ngang theo phương OY là Ty : * Khi Ty đi qua tâm cứng của công trình : * Khi Ty không đi qua tâm cứng của công trình , tác động của nó sẽ được thay thế bằng hai thành phần : - Lực ngang Ty đi qua tâm cứng - Mômen xoắn Mt đặt tại tâm cứng Hai thành phần này có thể xét độc lập nhau , tải trọng ngang phân phối cho các vách sẽ là : trong đó : Txi, Tyi là phần tải trọng ngang phối cho vách cứng thứ i theo hai phương x ,y rxi, ryi là khoảng cách theo phương x,y tính từ tâm cứng của hệ đến vách cứng thứ i. EJxi, EJyi là độ cứng chống uốn của vách cứng thứ i theo phương x, y . E. Jx = SE. Jxi là độ cứng chống uốn của công trình theo phương x. Mt là Mômen xoắn . E. Kt là độ cứng chống xoắn của công trình . 1/ Xác định độ cứng tương đương : Ta tính độ cứng tương đương của khung với quan niệm thay khung bằng một vách cứng tương đương, các vách cứng này được ngàm chặt vào đài móng tại cao trình mặt đài. Để xác định được độ cứng tương đương của khung ta cho khung chịu một tải trọng ngang tập trung là 1000 kG đặt ở đỉnh khung . Sau đó giải hệ bằng SAP2000, ta sẽ tìm được chuyển vị của nút khung tầng trên cùng là D . Khi thay thế khung bằng vách cứng tương đương thì chuyển vị trên cùng của vách cứng tương đương đó cũng sẽ bằng D khi chịu tải trọng tập trung là 1000 kG . Vách cứng làm việc như một công xôn và ta có công thức tính chuyển vị tại đầu nút công xôn chịu tải trọng ngang tập trung P : Trong đó : E là môđun đàn hồi của vật liệu H là chiều cao của khung H = 39,8 m vì biến dạng trượt rất nhỏ nên ta bỏ qua thành phần :g P.H/G.A nên ta có * Nhận xét : + Trên thực tế , về mặt kết cấu thì công trình có hai loại khung , khung dọc và khung ngang , và hai lõi cứng nằm ở hai phía của trục nhà theo phương y. + Đặc điểm đáng lưu ý của công trình là mặt bằng lưới cột xuống đất (trừ phần các công xôn ở đầu nhà ) là 15,64 x 36,3 m; thực tế công trình chịu tải trọng gió theo cả hai phương ngang nhà và dọc nhà nhưng xét thấy thành phần gió theo phương dọc nhà là không nguy hiểm vì không thuộc hướng gió chính và khung dọc có độ cứng lớn nên có thể bỏ qua, vì vậy ở đây ta chỉ xét phần gió thổi theo phương ngang nhà . Từ nhận xét nêu trên ta thấy để đơn giản khi tính toán mà vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết, ta coi hệ chịu tải trọng ngang của công trình chỉ gồm có hai lõi cứng và 6 khung ngang. Sử dụng chương trình SAP2000 ta sẽ tìm được chuyển vị tương ứng của điểm nút khung tầng trên cùng với các khung ngang như sau : ( file kết quả cho ở phần II/ phụ lục ) * Khung K1 & K6 : Dn = 0,00171 m Vậy độ cứng tương đương của khung là : * Khung K2,K4 & K5 : Dn = 0,00192 m Vậy độ cứng tương đương của khung là : * Khung K3 : Dn = 0,00321 m Vậy độ cứng tương đương của khung là : 2/ Xác định tâm cứng của công trình : a/ Xác định các đặc trưng hình học của lõi I: Lấy hệ trục ban đầu là x1O'1Y1 , hệ trục đi qua trọng tâm của lõi là x1O1y1 + Diện tích lõi là : F1 = 0,25 . (2,65 + 2 . 2,15 +2. 0,545) = 2,01 m2 + Tung độ trọng tâm lõi là : trong đó Sx [m3] là mômen tĩnh của lõi . * Tính mômen quán tính trung tâm lõi : + Đối với trục x : + Đối với trục y : b/ Xác định các đặc trưng hình học của lõi II: Lấy hệ trục ban đầu là x2O'2Y2 , hệ trục đi qua trọng tâm của lõi là x2O2y2 + Diện tích lõi là : F2 = 0,25 . (4,45 + 3. 2,15 + 2. 0,545 + 0,84) = 3,2075 m2 +Tung độ trọng tâm lõi là : trong đó Sx [m3] là mômen tĩnh của lõi . * Tính mômen quán tính trung tâm lõi : + Đối với trục x : + Đối với trục y : * Toạ độ tâm cứng O (xTC, yTC ) của công trình được xác định theo công thức : Trong đó : lxi , l yi là khoảng cách từ trọng tâm vách cứng thứ i đến các trục theo phương OX, OY . E.Jxi, E.Jyi là độ cứng chống uốn của vách cứng thứ i theo phương x ,y . ồE.Jxi, ồE.Jyi là độ cứng chống uốn của công trình theo phương x, y . Chọn hệ trục ban đầu xOy như hình vẽ : ị ồE. Jxi = ( 2. 12,289433 + 3. 10,945277 + 6,548748) .109 + 7,643.2,9. 109+ 2,25. 109 = = 31,94936.2,9.109 = 31,94936.E ị ồ l xi. E. Jxi = E . [ (6,548748/ 2,9). (-3,75) + (10,945277/ 2,9).3,75 + 7,643. (-5,188 ) + + 2,25.8,317] = -15,25347.E ị Như vậy, có thể coi hợp lực của gió sẽ đi qua tâm cứng do độ lệch tâm trên là nhỏ ị tải trọng ngang phân phối vào khung ngang được xác định theo công thức sau : Trong đó : E. Jxi : độ cứng của vách thứ i . E. Jx = ồ E. Jxi :độ cứng chống uốn của toàn công trình Ty là hợp lực của tải trọng ngang . Đối với vách cứng trục 6 ta có : E . Jxi = 3,7742.E E. Jx = ồ E. Jxi = 31,95.E Vậy ta có : 2/ Xác định tải trọng gió : * Tải trọng gió được xác định theo công thức sau : W = n . W0 . k . c trong đó : W0 là áp lực gió tiêu chuẩn, lấy theo bản đồ phân vùng, tuỳ thuộc vào vùng áp lực gió . Công trình được xây dựng tại TP Hải Dương thuộc vùng III-B, theo TCVN 2737-1995 ta có W0 = 125 kG/m2 C là hệ số khí động học, phụ thuộc vào bề mặt, hình dạng của công trình . Vì bề mặt đón gió và hút gió của công trình đều là những bề mặt thẳng đứng nên hệ soó C được xác định như sau : + Mặt đón gió : c = + 0,8 ; + Mặt hút gió : c = - 0,6 ; với các tỷ số b/l ằ H/l = 39,5/17,34 = 2,28 . n là hệ số tin cậy , n = 1,2 . k là hệ số kể đến thay đổi áp lực gió theo độ cao và theo địa hình . Giá trị gió đẩy và gió hút tìm được theo bảng dưới: Tầng Chiều cao (so với mặt đất nhiên) Hệ số k n Wo (kG/m2) Wđ (kG/m2) Wh (kG/m2) 2 4.7 0.868 1.2 125 104.16 78.12 3 8.5 0.964 1.2 125 115.68 86.76 4 12.3 1.0368 1.2 125 124.416 93.312 5 16.1 1.091 1.2 125 130.92 98.19 6 19.3 1.123 1.2 125 134.76 101.07 7 22.5 1.1525 1.2 125 138.3 103.725 8 25.7 1.1813 1.2 125 141.756 106.317 9 28.9 1.2101 1.2 125 145.212 108.909 10 32.1 1.2326 1.2 125 147.912 110.934 11 35.3 1.2518 1.2 125 150.216 112.662 12 (mái) 38.5 1.271 1.2 125 152.52 114.39 * Phần tải trọng ngang phân phối cho khung K2 được quy về các lực tập trung đặt tại các mức sàn như sau : PiĐ = WiĐ . L . Ty2 . ( hi + hi-1)/ 2 PiH = WiH . L . Ty2 . ( hi + hi-1)/ 2 trong đó : hi và hi-1 là chiều cao tầng thứ i và thứ i-1; L : bề rộng nhà; Ty2 đã có công thức ở phần trớc; Ty = Wi . L tính cho từng tầng nhà và với mỗi loại gió đẩy và gió hút; Kết quả cho trong bảng sau : Tầng Chiều cao tầng Wđ (kG/m2) Wh (kG/m2) L Ty2/Ty Pđ (kG) Ph (kG) 1 4.7 0 0 39.5 0.118 - - 2 3.8 104.16 78.12 39.5 0.118 1941.96 1456.47 3 3.8 115.68 86.76 39.5 0.118 2048.901 1536.676 4 3.8 124.416 93.312 39.5 0.118 2203.631 1652.723 5 3.2 130.92 98.19 39.5 0.118 2135.763 1601.823 6 3.2 134.76 101.07 39.5 0.118 2009.972 1507.479 7 3.2 138.3 103.725 39.5 0.118 2062.772 1547.079 8 3.2 141.756 106.317 39.5 0.118 2114.319 1585.739 9 3.2 145.212 108.909 39.5 0.118 2165.866 1624.4 10 3.2 147.912 110.934 39.5 0.118 2206.137 1654.603 11 3.2 150.216 112.662 39.5 0.118 2240.502 1680.376 12 (mái) 3.2 152.52 114.39 39.5 0.118 1137.43 853.08 D/ Xác định nội lực Từ các thành phần tải trọng xác định được ở trên, ta lập sơ đồ KC của khung K2 trong SAP 2000 với một số điểm cần lưu ý sau : - Các cột có tiết diện thay đổi theo chiều cao nên trục của chúng lệch nhau, để đơn giản cho các thao tác tính toán và giảm bớt số phần tử không cần thiết, ta lấy trục khung theo trục của các cột tầng trên cùng với xu hướng thiên về an toàn. - Kết cấu thực tế có trục dầm lệch nhau nhưng trong SAP 2000 ta vẫn lấy cùng một mức theo trục của dầm có chiều cao 700 mm vì nó có khẩu độ lớn hơn và có số nhịp nhiều hơn. Các số liệu đầu vào (Input ...) và kết quả tính toán (Output ...) được thể hiện trong phần phụ lục . Dựa vào các kết quả trên ta tiến hành tổ hợp nội lực với tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2 . Chỉ có các phần tử được tính toán ở trong các bảng tổ họp . Chương III : Tính toán cầu thang bộ I. cấu tạo thang 1. Số liệu tính toán : Bê tông mác 300 có Rn = 130 kG/cm2 , Eb = 2,9 . 105 kG/cm2 , Rk = 10 kG/cm2 Cốt thép nhóm : AI có : Ra = Ra’ = 2100 ( kG/cm2 ) AII có : Ra = Ra’ = 2700 ( kG/cm2 Ta có sơ đồ kết cấu thang như sau : Bậc thang có kích thước là : 150 x 300 ( m m ) với thang tầng 1. Cầu thang gồm hai vế V1 và V2 mỗi vế 13 bậc và chiếu nghỉ CN . Chiều dày bản thang và chiếu nghỉ đều chọn 120 mm. Các vế thang và chiếu nghỉ đều được tựa vào tường 220 ngoài các phần liên kết với sàn, cột và lõi thang. Đây là phương án thiết kế không có cốn thang đang phổ biến hiện nay với ưu điểm đơn giản và thẩm mỹ. Dầm thang DT có nhiệm vụ làm tăng độ cứng cho hệ kết cấu và có tiết diện 250 x 350 . Với cấu tạo như trên ta tính bản thang theo sơ đồ bản loại dầm với hai gối tựa là hai đầu bản liên kết vói dầm DT và với chiếu nghỉ . Chiếu nghỉ và dầm thang được tính toán như các cấu kiện BTCT cơ bản thông thường. 2. Tải trọng a. Tĩnh tải : Bao gồm tải bản thân và các lớp hoàn thiện trên nó, ta có bảng thống kê các lớp cấu tạo và khối lượng như sau : Các lớp cấu tạo d (mm) Tải trọng tiêu chuẩn ( kG/ m2) Hệ số vượt tải Tải trọng tính toán ( kG/m2) 1 2 3 4 5 - Lớp Granit: (g = 2000 kG/m3 ) - Bậc xây gạch 150 x 300 có: (g = 1800) - Vữa lót (g = 1800) - Bản thang BTCT (g = 2500) - Vữa trát (g = 1800) 20 -- 15 120 10 40 121 27 300 18 1,2 1,2 1,2 1,1 1,2 48 150 32,4 330 21,6 S 582 Vậy giá trị tĩnh tải là : gtt = 582 (kG/m2) Phần tĩnh tải tác dụng vuông góc với bản thang là : (kG/m2) (2100 là chiều cao của 14 bậc thang) ở chiếu nghỉ không có bậc gạch xây nên tĩnh tải tính toán tìm được là : gtt = 432 (kG/m2) b. Hoạt tải : Với cầu thang : ptc = 300 (kG/m2) Hoạt tải tính toán : ptt = n . ptc = 1,2 . 300 (kG/m2) Vậy thành phần hoạt tải tác dụng theo phương vuông góc với bản thang là : (kG/m2) ị tải trọng toàn phần tác dụng lên bản thang V1 và V2 như sau : gb = 513 + 317 = 830 (kG/m2) ị tải trọng toàn phần tác dụng lên bản chiếu nghỉ CN là : gc = 432 + 317 = 749 (kG/m2) . II. tính toán bản thang V1 1/ Nội lực : Khi xác định nội lực, ta coi bản thang như một dầm có tiết diện b x h = 1240 x 120 . Liên kết thực tế của bản với chiếu nghỉ là gối đàn hồi nhưng để đơn giản cho tính toán và thiên về an toàn ta coi như đó là gối tự do; còn liên kết của bản với dầm thang coi là gối cố định . Với sơ đồ trên ta có các thành phần nội lực tính cho 1 m bề rộng bản thang như sau: 2131 (kG.m) ị với bản rộng 1,24 m có : Mtt = 2643 (kG.m) 1850 (kG) ị với bản rộng 1,24 m có : Qtt = 2294 (kG) 2. Tính cốt thép a. Cốt theo phương cạnh dài * Cốt chịu mô men dương : Mtt = 2643 (kG.m) Dự kiến dùng f = 12, lớp bảo vệ dày 1,5 cm ị ho= 12 – 2 = 10 (cm) < Ad = 0,3 Vậy diện tích cốt thép yêu cầu là : Khoảng cách cốt thép : a = (cm) Vậy ta chọn thép theo cấu tạo : f12 a120 Với f12 a120 ta có diện tích thép yêu cầu là : Fa = 11,31 (cm2) ứng với 10 f12 Hàm lượng thép : m = > mmin = 0,05% * Cốt thép chịu mô men âm : tương tự ta chọn thép theo trên là f12 a120 và đặt trong đoạn 1/4 nhịp kể từ gối (dài 103 cm) b. Cốt thép theo phương cạnh dài : Vì nội lực theo phương cạnh ngắn nhỏ hơn khá nhiều theo phương cạnh dài nên cốt thép được chọn theo cấu tạo f6a150 . c. Kiểm tra khả năng chịu cắt : Giống như loại cấu kiện dầm, ta tìm : * Khả năng chịu cắt theo điều kiện hạn chế : Ta có : k0 . Rn . b .h0 = 0,35 . 130 . 124 .10 = 56420 kG > Qtt = 2294 kG ị bản thân bê tông không bị phá hoại bởi ứng suất nén chính . * Khả năng chịu cắt theo điều kiện tính toán : Ta có : k1 . Rk . b . h0 = 0,6 . 10 . 124 . 10 = 9920 > Qtt = 2294 kG ị bản thân bê tông đủ khả năng chịu cắt do đó ta không phải tìm thêm biện pháp cấu tạo . Bản thang V2 có sơ đồ tương tự bản V1 nên ta lấy số liệu thiết kế cốt thép như trên . II. tính toán bản chiếu nghỉ Ta có l1 x l2 = 1,54 x 2,89 (m) ị l2/ l1 = 1, 877 < 2 ị Sơ đồ tính như hình vẽ dưới : ị Với bản kê tự do, tra bảng 6.1/ [3] ta có m = 0,08931 (nội suy), q = (l1 / l2 )2 = 0,3 Công thức tính bản kê tự do : (kG.m) ị M02 = q. M01 = 48 (kGm) c/ Tính cốt thép * Theo phương cạnh ngắn : a = 1,9 cm ; h01 = 12 - 1,9 = 10 (cm), b = 100 cm + Cốt thép chịu mô men dương có : M1 = 159 kG.m < Ad = 0,3 Vậy diện tích cốt thép yêu cầu là : ị quá ít Chọn cốt thép theo cấu tạo là f8a200 có m = 0,3 % và do M02 cũng rất nhỏ nên ta không cần tính cốt thép theo phương cạnh dài nữa mà đặt theo cấu tạo f8a200 . III. tính toán dầm thang 1. Sơ đồ và tải trọng Ô sàn có kích thước lt1 x lt2 = 1,555 x 3 (m) Tải trọng truyền từ 2 bản thang dạng phân bố đều qv và từ sàn chiếu tới có dạng phân bố tam giác qtg được quy về phân bố đều theo nguyên tắc tương đương về nội lực là 5.qtg / 8 : + qv = Q = 1850 (kG/m) + sàn chiếu tới có tải trọng toàn phần như tải hành lang, ... đã tính ở trên : qs = 1010 kG/m2 ị qtg = qs . lt1 / 2 = 1010 . 1,555 / 2 = 785,3 (kG/m) ị 5.qtg /8 = 490 (kG/m) Tổng tải quy về phân bố đều tác dụng lên dầm thang DT là qtt = 2340 kG/m Dầm được tính theo sơ đồ có hai đầu ngàm nên nội lực tính toán như sau : tại 2 gối : M- = qtt . l2 / 12 = 1756 (kG.m) ; Q = q. l/2 = 3501 (kG) tại giữa nhịp : M+ = qtt . l2 / 24 = 878 (kG.m) . 2. Tính toán cốt thép a. Cốt dọc * Cốt chịu mô men âm : M = 1756 (kG.m) Giả thuyết a = 3cm ị h0= h – a = 35 – 3 = 32 (cm) Ta có : < Ad = 0,3 Vậy diện tích cốt thép yêu cầu là : Vậy chọn theo cấu tạo : 2f16 có Fa = 4,02 (cm2) ; hàm lượng 0,5 % * Cốt chịu mô men dương : M = 878 (kG.m) Ta thấy mô men dương ở giữa nhịp chỉ bằng một nửa giá trị mô men âm ở hai gối. Do đó, tương tự như tính mô men cốt chịu mô men âm, ta cũng chọn cốt cấu tạo 2f16 đảm bảo điều kiện chịu lực. b. Cốt ngang * Kiểm tra điều kiện hạn chế : Kiểm tra theo công thức : k0.Rn.b.h0 > Qmax Vế trái bằng : 0,35. 130. 25. 32 = 36400 (kG) > Qmax= 3501 (kG) Vậy bê tông không bị phá hoại bởi ứng suất chính. * Kiểm tra điều kiện tính toán : Ta có : 0,6.Rk.b.h0 = 0,6.10. 25. 32 = 4800 (kG) > Qmax= 3501 (kG) Như vậy bản thân bê tông đã đủ khả năng chịu cắt, ta chọn cốt đai theo cấu tạo : chọn cốt đai f6 hai nhánh (n = 2) và khoảng cách giữa các đai là : u = uct = ị u = 150 mm Vậy ta chọn cốt đai là f6a150. chương IV : tính toán một sàn điển hình I / Sơ đồ ô sàn Ta tính toán sàn tầng 5 là sàn tầng điển hình . Mặt bằng kết cấu như sau : Có 6 loại ô sàn chính gồm cả hai loại là ô bản loại dầm và ô bản kê 4 cạnh . Các ô sàn đều được tính theo sơ đồ khớp dẻo vì trong một số ô sàn có khu vệ sinh nhưng khômg thể tách riêng chúng ra để tính theo sơ đồ đàn hồi. Mặt khác trong các ô đó lại có tường gạch xây trực tiếp lên và tải trọng đó đã được kể vào theo dạng phân bố đều trên toàn sàn nên đã thiên về hướng an toàn cho các phần của ô sàn không có tường đặt lên . Để tăng độ cứng cho sàn theo phương án nêu trên, ta chọn cách đặt cốt thép thành hai lưới đều ở phía trên và dưới bản sàn. Cốt thép ở mỗi lưới được lấy theo kết quả tính với mômen lớn nhất của phía ô sàn đó . II/ Tính toán các ô sàn : Bê tông mác 300 có Rn = 130 kG/cm2 ; Rk = 10 kG/cm2 . Cốt thép sàn nhóm AI có : Ra = Ra’ = 2100 kG/cm2 . tra bảng Phụ lục 6/ [1] có hệ số ao = 0,62; Ao = 0,428 . 1/ Tính ô sàn 1 : a/ Tải trọng : * Tải trọng toàn phần : lấy theo các bảng đã lập ở Chương III + Tĩnh tải : gtt = 650 kG/m2 . + Hoạt tải : ptt = 240 kG/m2 . * Tải trọng của tường kê trong ô sàn : tường 110; chiều dài tổng cộng : 7,12 + 2. (3,6 + 2,4 – 0,9 – 0,7 ) = 15,92 m tổng trọng lượng : 0,15. 3,2. 15,92 .1800. 1,2 = 16506 kG ị quy về tải phân bố đều : 16506 / (7,12. 7,075) = 328 kG/m2 . Vậy ta có tải trọng toàn phần là : qb = 650 + 240 + 328 = 1218 kG/m2 . b/ Sơ đồ tính toán ô sàn : Ta có l2 x l1 = 7,12 x 7,075 (m) ị l2/l1 = 1,0064 < 2 , biên của ô sàn là các dầm tương đối lớn (70 x 25 cm) ị Sơ đồ tính là bản kê bốn cạnh có ngàm ở bốn phía. Chiều dày sàn đã chọn là : d = 18 cm = h Ta dự kiến cốt thép đều theo mỗi phương được bố trí đều nhau. Do đó dựa vào lập luận về tính toán theo sơ đồ khớp dẻo, ta lập phương trình chứa các mômen như sau : Lấy M1 là ẩn số chính và quy định tỷ số q =; Ai = ; Bi = ta sẽ được một phương trình một ẩn M1 với các tham số q, Ai, Bi tra bảng 6.2/ [3] phụ thuộc vào tỷ số r = Ô sàn 1 có : r = 1,0064 ằ 1ị tra bảng 6. 2 / [3] : q = 1; A1=B1=1,2 và A2 = B2 = 1,2 Thay vào phương trình ta có : ị (kG.m) Vậy ta có : M1 = 1162 (kGm) = M2 ; MA1= MB1 = MA2= MB2 = 1392 (kG.m) . c/ Tính cốt thép Bố trí cốt thép theo phương cạnh ngắn ở dưới, cốt thép theo phương cạnh dài ở trên nên mỗi ô sàn ta đều có h01 > h02 . * Theo phương cạnh ngắn : Dự kiến dùng thép f8, lớp bảo vệ 1,5 cm ị a = 1,5 + 0,8/2 = 1,9 cm ; h01 = 18 - 1,9 = 16 (cm) Ta tính toán và cấu tạo cốt thép cho trường hợp cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật, bề rộng b = 1m, h = 0,18 m. + Cốt thép chịu mô men dương có : M1 = 1162 kG.m Ta có : < Ad = 0,3 Vậy diện tích cốt thép yêu cầu là : Kiểm tra : m = > mmin = 0,05% Chọn cốt thép f8, có fa = 0,503 (cm2) Khoảng cách cốt thép yêu cầu là : a = (cm) ị chọn f8a140 . + Cốt thép chịu mô men âm : MB1 = MA1 = 1392 (kG.m) < Ad = 0,3 m = > mmin = 0,05% Khoảng cách cốt thép yêu cầu là : a = (cm) ị chọn f8a110 * Theo phương cạnh dài : Nhận thấy trị số mômen tính toán của bản sàn theo phương này bằng các trị số tương ứng của phương cạnh ngắn nên ta bố trí cốt thép giống như đã tính ở trên . Tuy nhiên vì cốt thép theo phương cạnh dài bố trí ở phía trong nên có chiều cao tính toán h02 = h01 – 0,8 = 16 – 0,8 = 15 (cm) < h01 , do vậy ta kiểm tra : + Cốt thép chịu mô men dương có : M2 = 1162 kG.m ị < ao = 0,58 > M2 = 116200 kG.cm ị Cốt thép đã chọn là đủ . + Cốt thép chịu mô men âm có : MA2 = 1392 kG.m ị < ao = 0,58 > M2 = 139200 kG.cm ị Cốt thép đã chọn là đủ . 2/ Tính ô sàn 2 : a/ Tải trọng : * Tải trọng toàn phần : + Tĩnh tải : gtt = 650 kG/m2 . + Hoạt tải : ptt = 240 kG/m2 . * Tải trọng của tường kê trong ô sàn : tường 110; chiều dài tổng cộng : 7,12 + 2. (3,75 + 2,4 – 0,9 – 0,7 ) = 16,22 m tổng trọng lượng : 0,15. 3,2. 16,22 .1800. 1,2 = 16817 kG ị quy về tải phân bố đều : 16817 / (7,12. 7,25) = 326 kG/m2 . Vậy ta có tải trọng toàn phần là : qb = 650 + 240 + 326 = 1216 kG/m2 . b/ Sơ đồ tính toán ô sàn : Ta có l2 x l1 = 7,25 x 7,12 (m) ị l2/l1 = 1,0183 < 2 ị Sơ đồ tính như hình vẽ dưới : Ô sàn 2 có : r = 1,0183 ị tra bảng ta có q = 0,97; A1=B1=1,2 và A2 = B2 = 1,16 Thay vào phương trình ta có : ị (kG.m) Vậy ta có : M1 = 1208 (kGm) ; M2 =1172 (kGm) MA1= MB1 = 1450 (kGm) ; MA2= MB2 = 1401 (kG.m) . c/ Tính cốt thép * Theo phương cạnh ngắn : a = 1,9 cm ; h01 = 18 - 1,9 = 16 (cm) + Cốt thép chịu mô men dương có : M1 = 1208 kG.m Ta có : < Ad = 0,3 Vậy diện tích cốt thép yêu cầu là : Kiểm tra : m = > mmin = 0,05% Chọn cốt thép f8, có fa = 0,503 (cm2) Khoảng cách cốt thép yêu cầu là : a = (cm) ị chọn f8a130 . + Cốt thép chịu mô men âm : MB1 = MA1 = 1450 (kG.m) < Ad = 0,3 Khoảng cách cốt thép yêu cầu là : a = (cm) ị chọn f8a110 * Theo phương cạnh dài : Cốt thép được chọn và bố trí giống phương cạnh ngắn, ta kiểm tra : + Cốt thép chịu mô men dương có : M2 = 1172 kG.m ị < ao = 0,58 A = a.(1 – 0,5. a) = 0,0408 Mgh = A. Rn . b . h022 = 119341,5 > M2 = 117200 kG.cm ị Cốt thép đã chọn là đủ . + Cốt thép chịu mô men âm có : MA2 = 1401 kG.m ị < ao = 0,58 A = a.(1 – 0,5. a) = 0,048 Mgh = A. Rn . b . h022 = 14044,5 > M2 = 140100 kG.cm ị Cốt thép đã chọn là đủ . 3/ Tính ô sàn 3 : a/ Tải trọng : * Tải trọng toàn phần : + Tĩnh tải : gtt = 650 kG/m2 . + Hoạt tải : ptt = 360 kG/m2 . qb = 650 + 360 = 1010 kG/m2 . b/ Sơ đồ tính toán ô sàn : Ta có l2 x l1 = 7,25 x 5,92 (m) ị l2/ l1 = 1,2247 < 2 ị Sơ đồ tính như hình vẽ dưới : Ô sàn 2 có : r = l2/ l1 = 1,2247 ị tra bảng ta có q = 0,7; A1=B1=1,1 và A2 = B2 = 0,85 Thay vào phương trình ta có : ị (kG.m) Vậy ta có : M1 = 966 (kGm) ; M2 =676 (kGm) MA1= MB1 = 1062,1 (kGm) ; MA2= MB2 = 821 (kG.m) . c/ Tính cốt thép * Theo phương cạnh ngắn : a = 1,9 cm ; h01 = 18 - 1,9 = 16 (cm) + Cốt thép chịu mô men dương có : M1 = 966 kG.m Ta có : < Ad = 0,3 Vậy diện tích cốt thép yêu cầu là : Chọn cốt thép f8, có fa = 0,503 (cm2) Khoảng cách cốt thép yêu cầu là : a = (cm) ị chọn f8a170 . + Cốt thép chịu mô men âm : MB1 = MA1 = 1062,1 kG.m Ta có : < Ad = 0,3 Vậy diện tích cốt thép yêu cầu là : Chọn cốt thép f8, có fa = 0,503 (cm2) Khoảng cách cốt thép yêu cầu là : a = (cm) ị chọn f8a150 . * Theo phương cạnh dài : a = 3 cm ; h01 = 18 - 3 = 15 (cm) + Cốt thép chịu mô men dương có : M1 = 676 (kG.m) < Ad = 0,3 Khoảng cách cốt thép yêu cầu là : a = (cm) ị chọn f8a220 + Cốt thép chịu mô men âm : MB1 = MA1 = 820,71 (kG.m) < Ad = 0,3 Khoảng cách cốt thép yêu cầu là : a = (cm) ị chọn f8a190 . 4/ Tính ô sàn 4 : a/ Tải trọng : + Tĩnh tải : gtt = 650 kG/m2 . + Hoạt tải : ptt = 360 kG/m2 . ị qb = 650 + 360 = 1010 kG/m2 b/ Tính cốt thép : Ta có l2 x l1 = 7,25 x 1,88 (m) ; tỷ số l2/l1 = 7,25/1,88 = 3,8564 > 2 ị bản chịu lực theo một phương cạnh ngắn . Theo phương cạnh ngắn, ta cắt dải bản rộng 1 m để tính toán . Bản ngàm hai đầu vào các dầm phụ ( kích thước 70 x 25 cm ) ị Sơ đồ tính bản là dầm hai đầu ngàm có ltt = 1,88 m . - Mô men âm tại hai đầu : - Mô men dương tại giữa nhịp : + Cốt thép chịu mô men dương : chọn a = 2 cm ị h0 = 18 – 2 = 16 cm < Ad = 0,3 Vậy : Kiểm tra hàm lượng thép : m = < mmin = 0,05% ị chọn theo yêu cầu cấu tạo : f8a200 có m = 0,16 % + Cốt thép chịu mô men âm : chọn a = 2 cm ị h0 = 18 – 2 = 16 cm < Ad = 0,3 Vậy : ị chọn theo yêu cầu cấu tạo : f8a200 có m = 0,16 % * Theo phương cạnh dài : Ta chọn thép theo cấu tạo là f8a250 cho cả hai lớp trên và dưới . Kiểm tra : a = ị Fa = 2,012 (cm2) ị m = 0,126 > 0,05 (%) 5/ Tính ô sàn 5 : a/ Tải trọng : * Tải trọng toàn phần : + Tĩnh tải : gtt = 650 kG/m2 . + Hoạt tải : ptt = 360 kG/m2 . * Tải trọng của tường kê trong ô sàn : tường 110; chiều dài tổng cộng : 7,12 + 2. (3,6 + 2,1 – 0,9 – 0,7 ) = 15,32 m tổng trọng lượng : 0,15. 3,2. 15,32 .1800. 1,2 = 15884 kG ị quy về tải phân bố đều : 15884 / (5,92. 7,075) = 380 kG/m2 . ị tải trọng toàn phần là : qb = 650 + 240 + 380 = 1270 kG/m2 . b/ Sơ đồ tính toán ô sàn : Ta có l1 x l2 = 7,075 x 5,92 (m) ị l2/ l1 = 1,2 < 2 ị Sơ đồ tính như hình vẽ dưới : Ô sàn 5 có : r = l2/ l1 = 1,2 ị tra bảng ta có q = 0,75; A1=B1=1,1 và A2 = B2 = 0,9 Thay vào phương trình ta có : ị (kG.m) ị M1 = 1153 (kGm) ; M2 =865 (kGm) MA1= MB1 = 1268 (kGm) ; MA2= MB2 = 1038 (kG.m) . c/ Tính cốt thép * Theo phương cạnh ngắn : a = 1,9 cm ; h01 = 18 - 1,9 = 16 (cm) + Cốt thép chịu mô men dương có : M1 = 1153 kG.m < Ad = 0,3 Vậy diện tích cốt thép yêu cầu là : Chọn cốt thép f8, có fa = 0,503 (cm2) Khoảng cách cốt thép yêu cầu là : a = (cm) ị chọn f8a140 . + Cốt thép chịu mô men âm : MB1 = MA1 = 1268 kG.m < Ad = 0,3 Vậy diện tích cốt thép yêu cầu là : Chọn cốt thép f8, có fa = 0,503 (cm2) Khoảng cách cốt thép yêu cầu là : a = (cm) ị chọn f8a130 * Theo phương cạnh dài : a = 3 cm ; h01 = 18 - 3 = 15 (cm) + Cốt thép chịu mô men dương có : M1 = 865 (kG.m) < Ad = 0,3 Khoảng cách cốt thép yêu cầu là : a = (cm) ị chọn f8a180. + Cốt thép chịu mô men âm : MB1 = MA1 = 1038 (kG.m) < Ad = 0,3 Khoảng cách cốt thép yêu cầu là : a = (cm) ị chọn f8a150 . 6/ Tính ô sàn 6 : a/ Tải trọng : + Tĩnh tải : gtt = 650 kG/m2 . + Hoạt tải : ptt = 240 kG/m2 . ị qb = 650 + 240 = 890 kG/m2 b/ Tính cốt thép : Ta có l2 x l1 = 7,25 x 1,35 (m) ; tỷ số l2/l1 = 7,25/1,35 = 5,37 > 2 ị bản loại dầm . Biên ngoài của bản liên kết với một dầm nhỏ 350 x 250 nên có thể coi đó là gối tựa, có mômen bằng không . - Mô men âm tại đầu ngàm : - Mô men dương tại giữa nhịp : Giống như ô sàn 4, mômen trên ô sàn này có giá trị tính toán nhỏ, nhưng nếu quan niệm ô sàn có dạng công xôn thì nội lực sẽ lớn hơn nhiều. Tuy nhiên dầm 350 x 250 ở biên và tường đỡ dưới sàn cũng tham gia nhận tải trọng nên sơ đồ nêu trên là không thực sự rõ ràng. Để đảm bảo chịu lực, ta chọn biện pháp cấu tạo như sau : + Cốt thép dọc đặt theo cạnh ngắn lấy bằng giá trị tương ứng với nó của ô sàn phía trong . + Cốt thép cấu tạo chọn f8a250 ở lưới dưới và f8a200 ở lưới trên . Chương V : Tính cốt thép khung K6 I - tính cốt thép cột A/ Số liệu tính toán : Bê tông mác 300 có Rn = 130 kG/cm2 , Eb = 2,9 . 105 kG/cm2 , Rk = 10 ( kG/cm2 ) Cốt thép nhóm : AI có : Ra = Ra’ = 2100 kG/cm2 AII có : Ra = Ra’ = 2700 kG/cm2 * Nhận xét : - Cột tầng 1 , 2 , 3 , 4 có tiết diện giống nhau ị ta dự kiến bố trí cốt thép giống nhau. Và khi tính cốt thép ta chọn ra các cặp nội lực nguy hiểm nhất có trong các tiết diện từ tầng 1 á 4 để tính toán. Tương tự đối với các cột tầng 5 , 6 , 7 và các tầng 8 , 9 , 10 , 11 . - Các cặp nội lực nguy hiểm nhất là : cặp có trị số mô men tuyệt đối lớn nhất , cặp có độ lệch tâm lớn nhất , cặp có giá trị lực dọc lớn nhất . Những cặp có độ lệch tâm lớn thường gây nguy hiểm cho vùng kéo . Những cặp có giá trị lực dọclớn thường gây nguy hiểm cho vùng nén . Còn những cặp có mômen lớn thường gây nguy hiểm cho cả vùng kéo và vùng nén . B/ Tính toán cốt thép : 1. Cột tầng 1. trục A Tương ứng với phần tử C1 . Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn được các cặp nôi lực nguy hiểm sau : Cặp 1 : M = +35702 kGm , N = 493028 kG ị e01 = 7,24 cm ; e0 = 10,84 cm Cặp 2 : M = -55420 kGm , N = 534309 kG ị e01 = 10,37 cm ; e0 = 13,97 cm Cặp 3 : M = -51619 kGm , N = 600920 kG ị e01 = 8,59 cm ; e0 = 12,19 cm Q = 12531 kG ; Mdh = -8067 kGm ; Ndh = 524373 kG Trong đó độ lệch tâm ngẫu nhiên : eo’ chọn e0’ = 3,6 ( cm ) Chiều dài tính toán của cột là : l0 = 0,7 . H = 0,7 . 5,5 = 3,85 m Độ mảnh : l = l0/h = 385/90 = 4,28 > 4 ị ta phải xét đến ảnh hưởng của uốn dọc Kích thước tiết diện là : 90 x 50 (cm) Giả thiết chọn a = a’ = 4 cm ị h0 = 90 – 4 = 86 cm Để tính Nth , ta giả thiết m t = 2 % ị Ja = m t . b . h0 ( 0,5 . h – a)2 = 0,02 . 50 . 86 . ( 0,5 . 90 – 4 )2 = 144566 cm4 Jb = b . h3/12 = 50 . 903/12 = 3037500 cm4 Vì nội lực hai chiều tương ứng không chênh nhau nhiều và để tiện thi công ta tính toán và bố trí cốt thép đối xứng . a/ Tính cốt thép đối xứng với cặp 1 :* Hệ số xét đến ảnh hưởng của tác dụng dài hạn : * Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ lệch tâm : * Lực dọc tới hạn : ị * Độ lệch tâm tính toán : e = he0 + 0,5 h – a = 1,02023 .10,84 + 0,5. 90 – 4 = 52,0586 cm Vậy chiêù cao vùng nén là : ị x > a 0. h0 = 0,58 . 86 = 49,88 cm ị ta phải tính thêm e0gh = 0,4 ( 1,25 h – a 0 . h0 ) = 0,4 ( 1,25 . 90 – 49,88 ) = 25,05 cm Như vậy e0 = 10,84 cm < e0gh ị dựa vào e0 tính lại x như sau : Ta có : e0 < 0,2h0 = 0,2 . 86 = 17,2 cm ị tính lại x theo công thức thực nghiệm sau : x = h - (0,5. h/ h0 + 1,8 – 1,4a 0). he0 = 73,278 cm * Công thức tính diện tích cốt thép : Fa = Fa’ = b/ Tính thép đối xứng với cặp 2 : * Hệ số xét đến ảnh hưởng của tác dụng dài hạn : * Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ lệch tâm : * Lực dọc tới hạn : ị * Độ lệch tâm tính toán : e = he0 + 0,5 h – a = 1,02253 . 13,97 + 0,5. 90 – 4 = 57,069 cm Vậy chiều cao vùng nén là : ị x > a 0. h0 = 0,58 . 86 = 49,88 cm ị ta phải tính thêm e0gh = 0,4 ( 1,25 h – a 0 . h0 ) = 0,4 ( 1,25 . 90 – 49,88 ) = 25,05 cm Như vậy e0 = 13,97 cm < e0gh ị dựa vào e0 tính lại x như sau : Ta có : e0 < 0,2h0 = 0,2 . 86 = 17,2 cm ị tính lại x theo công thức thực nghiệm sau : x = h - (0,5. h/ h0 + 1,8 – 1,4a 0). he0 = 68,35 cm * Công thức tính diện tích cốt thép : Fa = Fa’ = c/ Tính thép đối xứng với cặp 3 : * Hệ số xét đến ảnh hưởng của tác dụng dài hạn : * Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ lệch tâm : * Lực dọc tới hạn : ị * Độ lệch tâm tính toán : e = he0 + 0,5 h – a = 1,0242 . 12,19 + 0,5. 90 – 4 = 53,51 cm Vậy chiều cao vùng nén là : ị x > a 0. h0 = 0,58 . 86 = 49,88 cm ị ta phải tính thêm e0gh = 0,4 ( 1,25 h – a 0 . h0 ) = 0,4 ( 1,25 . 90 – 49,88 ) = 25,05 cm Như vậy e0 = 12,19 cm < e0gh ị dựa vào e0 tính lại x như sau : Ta có : e0 < 0,2h0 = 0,2 . 86 = 17,2 cm ị tính lại x theo công thức thực nghiệm sau : x = h - (0,5. h/ h0 + 1,8 – 1,4a 0). he0 = 71,09 cm * Công thức tính diện tích cốt thép : Fa = Fa’ = d/ Kiểm tra theo phương ngoài mặt phẳng uốn : * Cột trục A : Chiều dài tính toán l0 = Htầng = 5,5 m Độ mảnh l b = l0/ b = 550/50 = 11 ị tra bảng phụ lục XI sách “khung BTCT “ ta được hệ số uốn dọc j = 0,9075 Ta tính toán kiểm tra cột như cấu kiện chịu nén đúng tâm có : Fb = 50 x 90 = 4500 ( cm2 ) Fat = 2 . 42,41 = 84,82 cm2 , và chịu lực nén lớn nhất : Nmax = 600,92 T Ta kiểm tra theo điều kiện : Vế phải = 0,9075 . [130 . 4500 + 2700 . 84,82 ] = 746420 > 600920 (kG) ị cột đủ khả năng chịu lực theo phương ngoài mặt phẳng uốn . Cột trục A là cột có lực dọc lớn nhất thoả mãn điều kiện trên nên ta không cần kiểm tra thêm . e/ Chọn cốt thép dọc cấu tạo, tính cốt đai và bố trí cốt thép cột : * Cốt thép dọc cấu tạo được chọn là f 16 và bố trí theo cạnh dài của tiết diện cột , đảm bảo cho khoảng cách giữa các thanh cốt dọc không lớn hơn 400 mm . Vậy dùng 2f 16 mỗi bên đối với tất cả các cột . * Cốt đai dùng f 8 bố trí như sau : về khoảng cách : Với vùng cần đặt đai dày : umin chọn u = 100 (mm) Và vùng còn lại : u chọn u = 200 (mm) Vùng đặt đai dày chọn như sau : - Đoạn có chiều dài l1 = max {h; Htầng/ 6; 450} = 900 với tầng 1 - 4 ; 700 với tầng 5 - 7 ; 550 với tầng 8 - 11 ; Cấu tạo của cốt đai được trình bày trong bản vẽ kết cấu khung . 2. Các cột còn lại : Do việc tính toán cốt thép các cột có thao tác tương tự nhau nên ta đưa vào bảng tính. Chú ý rằng việc tính toán có kể đến ảnh hưởng của uốn dọc chỉ đối với các phần tử C1 đến C4 ở tầng 1, các cột ở tầng trên có chiều dài tính toán nhỏ hơn hẳn nên không cần kể đến ảnh hưởng của uốn dọc. Việc kiểm tra cột theo phương ngoài mặt phẳng uốn với các cột có nội lực và chiều dài tính toán nhỏ hơn cột trục A cũng không cần thiết . Theo yêu cầu về cấu tạo ta lấy hàm lượng cốt thép tổng mmin = 1 % cho các tiết diện mà cốt thép tính ra là nhỏ hơn, hoặc có giá trị âm . Bảng tính toán cốt thép cột và chọn thép cho ở phần sau . II - tính cốt thép dọc Dầm Số liệu tính toán : Bê tông mác 300 có : Rn= 130 kG/cm2 ; Rk = 10 kG/ cm2 , Eb = 2,9 . 105 kG/cm2 Cốt thép nhóm : A_I có Ra = 2100 kG/cm2 ; Rađ = 1700 kG/cm2 A_II có Ra = Ra’= 2700 kG/cm2 ; Rađ = 2150 kG/cm2 Với mỗi dầm, ta tính toán ở 3 tiết diện, trong đó 2 tiết diện cạnh gối phải tính với mômen âm. Tiết diện ở giữa nhịp tính với mômen dương nhưng nếu giá trị này nhỏ hơn mômen dương ở tiết diện gần gối thì lấy giá trị lớn hơn đó để tính. Xét thấy các giá trị mômen dương thường nhỏ do dầm thuộc khung 3 nhịp có liên kết ở nút khung là cứng nên ta bố trí cốt thép tính được cho cả nhịp để tiện cho thi công . A/ Dầm tầng 2 Gồm có 3 dầm tương ứng với các phần tử D1, D2 và D3 . 1. Dầm D1 : b = 250 ; h = 700 ; a. Tiết diện 1-1 : a = 50 (mm) ị h0 = 65 cm Tiết diện này chỉ có mômen âm Mmin = -55591 kGm lấy theo bảng tổ hợp từ đó ta có : Vậy diện tích cốt thép là : ; hàm lượng 2,5% b. Tiết diện 3-3 : a = 50 (mm) ị h0 = 65 cm mômen âm Mmin = -51075 kGm ị; hàm lượng 2,2% c. Tiết diện 2-2 : a = 3,5 cm ị h0 = 70 – 3,5 = 66,5 cm Ta tính theo tiết diện chữ T cánh trong vùng nén với hc = 18 cm Chiều rộng của cánh : bc = b + 2.c1 Trong đó : ị lấy c1 = 103 cm Vậy bc = 25 + 2 . 103 = 231 cm Ta có : Mc = Rn . bc . hc . ( h0 – 0,5 . hc ) = 130 . 231 .18 . (66,5 – 0,5 . 18 ) = 31081050 kGcm Mặt khác Mmax = 1883800 kGcm < Mc ị trục trung hoà đi qua cánh tính như một dầm có tiết diện hình chữ nhật có : b x h = 231 x 70 ( cm ) Theo đó ta có : Vậy diện tích cốt thép là : , hàm lượng 0,64 % 2. Dầm D2 : a. Tiết diện 1-1 : b = 250 ; h = 350 ; a = 50 (mm) ị h0 =30 cm Tiết diện này có mômen âm Mmin = -8535 kGm lấy theo bảng tổ hợp từ đó ta có : Vậy diện tích cốt thép là : ; hàm lượng 1,7% b. Tiết diện 3-3 : b = 250 ; h = 350 ; * Mômen âm Mmin = -7271 kGm ; a = 50 (mm) ị h0 = 30 cm từ đó ta có : Vậy diện tích cốt thép là : ; hàm lượng 1,3% * Mômen dương Mmax = 7163 kGm ; a = 3 cm ị h0 = 32 cm Ta tính theo tiết diện chữ T cánh trong vùng nén với hc = 18 cm Chiều rộng của cánh : bc = b + 2.c1 Trong đó : ị lấy c1 = 46,3 cm Vậy bc = 25 + 2 . 46,3 = 118 cm Ta có : Mc = Rn . bc . hc . ( h0 – 0,5 . hc ) = 130 . 118 .18 . (32 – 0,5 . 18 ) = 6350760 kGcm Mặt khác Mmax = 716300 kGcm < Mc ị trục trung hoà đi qua cánh tính như một dầm có tiết diện hình chữ nhật có : b x h = 118 x 35 ( cm ) Theo đó ta có : Vậy diện tích cốt thép là : ; hàm lượng 1,06 % B/ Các dầm còn lại Cũng giống như khi tính toán cột, ta có thể đưa công việc này vào bảng tính . Hàm lượng cốt thép lấy theo cấu tạo phải đảm bảo không nhỏ hơn 0,5 % và ít nhất là 2f12. Mặt khác việc bố trí cốt thép cũng phải theo điều kiện có ít nhất một phần tư số cốt thép chịu lực ở mặt trên của mỗi đầu mút dầm được tiếp tục kéo dài suốt chiều dài dầm . Các số liệu cụ thể về tính toán và bố trí cốt thép được cho trong bảng dưới và thể hiện trên bản vẽ kết cấu khung K2 . III - Tính cốt đai : 1. Dầm D1 : * Ta nhận thấy lực cắt Q của các tiết diện xấp xỉ nhau nên ta chỉ cần lấy một giá trị Qmax để tính cốt đai và bố trí trên toàn dầm . Tại tiết diện 1-1 có : Qmax = 30353 kG và cốt dọc đã bố trí có h0 = 66,25 cm * Kiểm tra điều kiện hạn chế : Ta có : K0 . Rn . b .h0 = 0,35 . 130 . 25 . 66,25 = 75359 kG > Qmax = 30353 kG ị bê tông không bị phá hoại bởi ứng suất nén chính . * Kiểm tra điều kiện tính toán : ta có : k1 . Rk . b . h0 = 0,6 . 10 . 25 . 66,25 = 9937 < Qmax = 30353 kG ị bê tông không đủ khả năng chịu cắt do đó ta phải tính toán cốt đai . Giả thiết dùng cốt đai ặ 8 2 nhánh , fa = 0,503 cm 2 thép AI có Rađ = 1700 kG/cm2 + Khoảng cách tính toán là : + Khoảng cách cực đại là : = 53,8 cm + Khoảng cách cấu tạo : với h = 70 cm > 45 cm ta có : Trong đoạn l/4 ở hai đầu dầm : - Trong đoạn còn lại : Vậy khoảng cách cốt đai u = min { utt , umax , uct } . Vì vậy , ta có cách bố trí như sau : Trong các đoạn l/4 hoặc 2.h ở hai đầu dầm : u = 15 cm Trong các đoạn còn lại ở giữa dầm : u = 20 cm . 2. Dầm D2 : Qmax = 6703 kG tại tiết diện 1-1 . Tại tiết diện này cốt dọc đã bố trí có h0 = 32 cm * Kiểm tra diều kiện hạn chế : Ta có : K0 . Rn . b .h0 = 0,35 . 130 . 25 . 32 = 36400 kG > Qmax = 6703 kG ị bê tông không bị phá hoại bởi ứng suất nén chính . * Kiểm tra điều kiện tính toán : ta có : k1 . Rk . b . h0 = 0,6 . 10 . 25 . 32 = 4850 < Qmax = 6703 kG ị bê tông không đủ khả năng chịu cắt do đó ta phải tính toán cốt đai . Giả thiết dùng cốt đai ặ 8 2 nhánh , fa = 0,503 cm 2 thép AI có Rađ = 1700 kG/cm2 + Khoảng cách tính toán là : + Khoảng cách cực đại là : = 57,3 cm Trong đoạn l/4 ở hai đầu dầm : - Trong đoạn còn lại : Vậy khoảng cách cốt đai u = min { utt , umax , uct } = 150 mm , do dầm có nhịp ngắn nên ta bố trí toàn bộ cốt đai trên dầm có khoảng cách 150 3. Tính cốt xiên : Diện tích của toàn bộ cốt xiên được tính theo công thức : Trong đó : Rad = 2100 kG/cm2 P là lực tập trung truyền vào từ dầm phụ vào dầm chính bao gồm tĩnh tải và hoạt tải . Dầm D1 ở tầng 2 có hai điểm đặt lực tập trung : P1 = 9038 + 1365 = 10403 kG cách gối A 1,84 m P2 = 9994 + 1224 = 11218 kG cách gối A 2,74 m Vậy ta có : Do không thể dùng cốt treo là cốt đai nên ta lấy cốt xiên cần thiết là 2 f18 có Fa = 5,09 cm2 cho mỗi trường hợp trên . Cốt xiên được bố trí dạng vai bò lật ngược . IV – Một số biện pháp cấu tạo : ở nút khung ta thấy các giá trị e0/ h đều không lớn hơn 0,25 : giá trị lớn nhất là 0,191 vói cột C31 nên cốt thép chỉ cần được neo với chiều dài thông thường như sau : + neo cốt thép trong vùng bêtông chịu kéo : lneo = 30. d và lớn hơn 250 mm + neo cốt thép trong vùng bêtông chịu nén : lneo = 20. d và lớn hơn 200 mm . trong đó d là đường kính cốt thép cần neo . Với các đoạn nối buộc, chiều dài dự kiến là 35d trong vùng kéo và 25d trong vùng nén. Như vậy chiều dài neo lớn nhất cũng chỉ là 30 . 32 = 960 mm < 1500 mm là chiều dài neo có thể có được mà không cần đặt thép chờ khi đổ bê tông cột . Hàm lượng cốt thép tối thiểu được lấy là 0,5 % cho cốt chịu keo của dầm và 1 % cho cột (theo tài liệu tham khảo [2.] ). Các yêu cầu trên cùng việc bố trí cốt thép đều được thể hiện rõ trong bản vẽ kết cấu khung K2.Bảng Tính toán ảnh hưởng của tải dài hạn cho cột tầng 1 khung k2 Cặp NL Dài hạn Kdh S Jb (cm4) Eb (kG/cm2) mt Ja (cm4) Ea (kG/cm2) lo Nth (kG) h Cột trục A 1.93784 0.59896 3037500 290000 0.02 144566 2100000 385 24863970 1.02023 1.81264 0.53095 3037500 290000 0.02 144566 2100000 385 24249054 1.02253 M = -8067 1.74853 0.56720 3037500 290000 0.02 144566 2100000 385 25445992 1.02419 N = 524373 Cột trục B 1.83182 0.53364 3037500 290000 0.018 130109 2100000 385 22877303 1.02324 1.83469 0.59417 3037500 290000 0.018 130109 2100000 385 24114931 1.02324 M = 4064 1.76087 0.57545 3037500 290000 0.018 130109 2100000 385 24226873 1.02501 N = 549859 Cột trục C 1.86815 0.56275 3037500 290000 0.014 101196 2100000 385 20632951 1.02435 1.84089 0.52729 3037500 290000 0.014 101196 2100000 385 20070021 1.02497 M = 2081 1.77485 0.56843 3037500 290000 0.014 101196 2100000 385 21356953 1.02655 N = 522145 Cột trục D 1.72325 0.51381 3037500 290000 0.007 50598.1 2100000 385 15928168 1.02832 1.87119 0.50313 3037500 290000 0.007 50598.1 2100000 385 14814576 1.02489 M = 1214 1.68859 0.54915 3037500 290000 0.007 50598.1 2100000 385 16957053 1.02900 N = 407805 Chương VI : Tính toán lõi thang máy I – Xác định tải trọng và nội lực 1. Tải trọng tác dụng lên lõi 1 Lõi thang máy được tính toán là lõi 1, có 1 thang có: + Bề dày vách : t = 0,25 m + Diện tích : A = 2,01 m2 . + Mômen qt tiết diện : Jx = 2,25 m4 , Jy = 1,842 m4 . + Mômen tĩnh : Sx = yc . A = 2,65/2 . 2,01 = 2,66325 m3 . + Chiều cao H = 1,3 + 38 + 1,5 = 40,8 m _ trên sơ đồ kết cấu . Tương tự như việc tính toán phân tải vào khung K2, ta có bảng kết quả tính toán tải trọng ngang (gió theo phương ngang nhà) tác dụng vào lõi đã được quy về các mức sàn : Tầng Chiều cao tầng Wđ Wh L (m) Tyl1/Ty Pđ (kG) Ph (kG) 1 4.7 0 0 39.5 0.070424 - - 2 3.8 104.16 78.12 39.5 0.070424 1231.4232 923.56743 3 3.8 115.68 86.76 39.5 0.070424 1222.811 917.10822 4 3.8 124.416 93.312 39.5 0.070424 1315.156 986.36701 5 3.2 130.92 98.19 39.5 0.070424 1274.6516 955.98868 6 3.2 134.76 101.07 39.5 0.070424 1199.5778 899.68336 7 3.2 138.3 103.725 39.5 0.070424 1231.0894 923.31708 8 3.2 141.756 106.317 39.5 0.070424 1261.8533 946.38999 9 3.2 145.212 108.909 39.5 0.070424 1292.6172 969.4629 10 3.2 147.912 110.934 39.5 0.070424 1316.6515 987.48861 11 3.2 150.216 112.662 39.5 0.070424 1337.1607 1002.8706 12 (mái) 3.2 152.52 114.39 39.5 0.070424 678.84 509.13 Nhập các số liệu vào SAP 2000; chú ý rằng ở đây có tải trọng bản thân lõi được khai báo với hệ số riêng như trong một trường hợp tải, ta tìm được nội lực ở chân lõi như sau : M = 535070,18 (kG.m) N = 231749 (kG) Q = 23233 (kG) Có nhiều quan niệm tính toán vách , lõi nhưng ở đây trong khuôn khổ đồ án này ta chỉ dùng cách tính đơn giản theo ứng suất với việc coi lõi như một công xôn thẳng đứng ngàm tại mặt đài móng và có tiết diện như một thanh mỏng hở . Với sơ đồ tĩnh định như trên thì kết quả tính toán nội lực là giống nhau với mọi cách tính . Việc bỏ qua các yếu tố liên quan đến khả năng chịu xoắn của lõi sẽ đem đến sai số nhưng được bù lại bởi một số biện pháp cấu tạo cốt thép nên kết quả cuối cùng vẫn đáng tin cậy . 2. Tính toán cốt thép * Tìm ứng suất tại chân lõi : + ứng suất pháp : = 43,04 kG/cm2 + ứng suất tiếp : = 11 (kG/cm2) * Tính cốt thép chịu ứng suất kéo chính theo công thức : trong đó : - fa là diện tích cốt thép nằm trong một đoạn vách có chiều dài a của phần chịu ứng suất kéo chính . - t = 25 cm là bề dài vách - Ra = 2800 kG/cm2 với cốt thép nhóm AII s (kG/cm2) t (cm) Ra (kG/cm2) a (mm) fa (cm2) chọn thép fa thực (cm2) 45.69 25 2800 150 6.119196 2f20 6.28 45.69 25 2800 160 6.527143 2f22 7.6 45.69 25 2800 170 6.935089 2f22 7.6 45.69 25 2800 180 7.343036 2f22 7.6 45.69 25 2800 190 7.750982 2f25 9.82 45.69 25 2800 200 8.158929 2f25 9.82 45.69 25 2800 210 8.566875 2f25 9.82 45.69 25 2800 220 8.974821 2f25 9.82 45.69 25 2800 230 9.382768 2f25 9.82 45.69 25 2800 240 9.790714 2f25 9.82 45.69 25 2800 250 10.19866 2f28 12.32 Qua bảng tính trên ta thấy chọn 2 f22 có a = 180 mm là hợp lý hơn cả . 3. Một số biện pháp cấu tạo Cốt thép ngang của vách có giảm 1 cấp so với cốt thép dọc, ở đây ta chọn 2 f20 a200 . Từ tầng 6 trở lên, cốt thép của vách được giảm 1 cấp : + Cốt dọc : 2 f18 a200 + Cốt ngang : 2 f16 a200 Các biện pháp cấu tạo gia cường ở mép vách được trình bày trên bản vẽ kết cấu thang – lõi . ở lanh tô, cốt thép cũng được đặt theo yêu cầu cấu tạo như sau : At = Ad = Ax = 0,0015. t. h' = 7,3 cm2 với tầng 1 ị chọn 2 f22 có fa = 7,6 cm2 = 5,82 cm2 với tầng 2 – 4 ị chọn 2 f20 có fa = 6,28 cm2 = 3,563 cm2 với tầng 5 – 11 ị chọn 2 f18 có fa = 5,09 cm2 . Ar = 0,002. t. h' = 9,75 cm2 với tầng 1 ị chọn 4 f20 có fa = 12,56 cm2 = 7,75 cm2 với tầng 1 ị chọn 3 f20 có fa = 9,42 cm2 = 4,75 cm2 với tầng 1 ị chọn 2 f20 có fa = 6,28 cm2 . Ađ = 0,0025. t. s = 1,25 cm2 với tầng 1; s = 200 mm ị chọn 2 nhánh f10 có fa = 1,57 cm2 Các kết quả tính toán trên và biện pháp cấu tạo được thể hiện cụ thể trong bản vẽ KC- 01 . chương ViI : tính toán móng + Thiết kế móng trục 2 I - các số liệu ban đầu : 1. Số liệu địa chất công trình : Theo báo cáo khảo sát địa chất, khu đất xây dựng tương đối bằng phẳng, từ trên xuống dưới gồm các lớp đất có chiều dày ít thay đổi trong phạm vi mặt bằng xây dựng. Thí nghiệm được tiến hành ở đây là xuyên tiêu chuẩn SPT để có được trị số N30 là số nhát đập để ống lấy mẫu ngập vào đất 30 cm. Kết hợp với kết quả thí nghiệm mẫu ở trong phòng để tìm các tính chất cơ lý của đất, cụ thể như sau : Lớp 1: Đất lấp , có bề dày trung bình htb = 1,5m, đây là lớp đất nhân tạo chưa ổn định nên không lấy mẫu, dung trọng trung bình g = 2 T/m3. Lớp 2: Đất sét nâu màu hồng, dẻo, có bề dày trung bình htb = 2,9m. N30 = 14 nhát/30cm, dung trọng g = 1,89T/m3, Theo kết quả thí nghiệm mẫu ta có góc nội ma sát j = 14o12’. Lớp 3: Đất sét pha màu xám nâu, xám đen chứa mùn hữu cơ ở trạng thái dẻo chảy . Bề dàytrung bình htb = 10m. Theo kết quả thí nghiệm ta có: N30 =5 nhát/30cm, g = 1,6 T/m3, j = 2o7’; C = 0,027 kG/cm2, E =14,94 kG/cm2 . Lớp 4: Lớp sét pha màu xám nâu, dẻo cứng đến nửa cứng, bề dày trung bình htb = 5 m, các chỉ tiêu như sau: g = 1,54 T/m3, j = 14o19’; C = 0,295 kG/cm2, E =73,34 kG/cm2, N30 =21 nhát/30cm . Lớp 5: Là lớp cát pha, dẻo, thành phần hạt thay đổi từ cát mịn đến cát hạt trung, có bề dày trung bình htb = 4m. . Các chỉ tiêu như sau: g = 1,95 T/m3 , j = 19o10’; C = 0,17 kG/cm2, E = 69 kG/cm2, N30 =24 nhát/30cm . Lớp 6: Cát hạt mịn , xám vàng lẫn sạn 2-3 (mm), bề dày trung bình htb = 5.5m, các chỉ tiêu cơ lý như sau : g = 1,96 T/m3 , j = 21o ; N30 =26 nhát/30cm Tra bảng VII. 1/ [7], ta có qc = 100 kG/cm2 ị trạng thái chặt vừa; E = 2,5. qc = 250 kG/cm2. Lớp 7: Cát hạt trung thô lẫn cuội sỏi, các chỉ tiêu như sau : g = 1,98 T/m3 , j = 33o ; N30 = 35nhát/30cm ị qc = 140 kG/cm2, trạng thái chặt vừa, E = 2,5. qc = 350 kG/cm2 . 2. Nội lực tại chân cột Chọn cặp NL nguy hiểm nhất tại chân cột theo bảng tổ hợp ( Bảng ? / Phụ lục ): - Trục A: M = 51,619 Tm; N = 600,920 T; Q = 12,53 T - Trục B: M = 48,603 Tm; N = 591,099 T; Q = 11,759 T - Trục C: M = 47,139 Tm; N = 552,344 T; Q = 9,674 T - Trục D: M = 45,119 Tm; N = 477,885 T; Q = 9,970 T 3. Lựa chọn phương án móng Với công trình nhà cao tầng có số tầng từ 10 – 12 tầng trở lên và được xây dựng trong thành phố, xung quanh lại có các công trình khác đang tồn tại, ta chỉ có thể chọn một trong hai phương án gia cố nền móng là dùng cọc ép hay cọc khoan nhồi vì các lý do sau : + Tải trọng chân cọc tương đối lớn, điều kiện địa chất công trình không đủ tốt để có thể dùng được các dạng móng nông , + Khắc phục được nhược điểm của phương án cọc đóng vẫn được coi là khá hiệu quả về kinh tế, kĩ thuật vì không gây ảnh hưởng tiếng ồn và chấn động đến các công trình xung quanh , Chọn phương án móng cọc khoan nhồi khi xét đén các yếu tố sau: + Sức chịu tải của cọc nhồi lớn, đáp ứng đòi hỏi của tải trọng công trình , + Các lớp đất mặt và trung gian yếu, các lớp đất sâu hơn lại là đất cát làm hạn chế khả năng tăng chiều sâu chôn cọc nếu dùng cọc ép , + Do cọc ép không thể tăng kích thước tiết diện nên có số lượng lớn, dẫn đến lượng cốt thép bố trí trong cọc ép sẽ nhiều hơn so với cọc khoan nhồi luôn có khả năng mở rộng đường kính và chiều dài đến mức tối đa , + Điều kiện và khả năng thi công móng cho phép , + Sơ bộ chọn cọc nhồi có đường kính 1,2 m; sâu so với mặt đất tự nhiên là 35 m + BT cọc mác 300 ( Rn = 130 kG/cm2), thép cọc chọn nhóm AII. IV - Thiết kế móng trục A : 1. Xác định nội lực, chọn các kích thước. - Móng được tính toán với cặp nội lực nguy hiểm nhất tại chân cột, giá trị cặp chọn được từ bảng tổ hợp nôi lực như sau (cặp NL 14 I-I của phần tử C1) : M = -51,619 Tm, N = 600,919 T, Q = 12,53 T Sơ bộ chọn bề rộng đài b = 1,7m - Chiều sâu đáy đài cọc chọn theo khả năng tiếp nhận tải trọng ngang của lớp đất từ đáy đài trở lên : Trong đó : g = 1,89 T/m3 , dung trọng tự nhiên của lớp đất trên đài; j = 14,20 , góc ma sát trong của lớp đất phía trên đài, lấy các số liệu của lớp đất 2; Sơ bộ chọn b = 1,7 m , biết tổng tải trọng ngang Qy = Qtc = 8,67 T, ta có : (m) Chọn chiều sâu chôn móng h = 2,8 m > 10,08 m và tính toán với phương án móng cọc đài thấp. 2. Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc. Mác bê tông cọc 300, Rn =130( kG/ cm2). Diện tích cốt thép cọc Fmin = Min(0,005Ac ; 25 cm2), ứng với hàm lượng 0,5% Ac = P.1202/ 4 = 11310 (cm2) ị 0.005.Ac = 0.005. 11310 = 56 cm2 Chọn 12 F25 có Fa = 58,9 cm2, lớp bảo vệ a = 5 cm. (hoặc 18F20 có Fa = 56,54 cm2)(k/ cách172) Chu vi thép : L =P.D =3,14. 110 = 345,575 cm Khoảng cách giữa các thanh thép là :(345,6 - 12. 2,5)/ 12 = 26 cm đảm bảo >10 cm là khoảng cách tối thiểu cho phép. Sức chịu tải theo VL của cọc được xác định theo TCXD 195 – 97 , công thức: PVL = Ran.Fa + Ru.A = 2000 . 58,9 + 60. 11310 = 792600 kG = 791,68 T trong đó : Ran= min{ Rc/1,5 ; 2200}, cường độ tính toán của cốt thép, với Rc = 3000 kG/cm2 và cốt thép nhỏ hơn F28 mm, ta có Ran= 2000 kG/cm2 ; Fa: Diện tích tiết diện cốt thép dọc; Ru = min{R/4,5 ; 60}, cường độ chịu nén tính toán của bê tông cọc với biện pháp đổ bêtông trong dung dịch sét, R = 300 là mác thiết kế của Bêtông cọc, ta có Ru = 60 kG/cm2 ; Fb : Diện tích tiết diện ngang của cọc tròn D = 1,2 m , Fb = 11310 cm2 ; 3. Xác định sức chịu tải theo cường độ đất nền : Theo TCVN 21 - 86, ta có công thức : PĐN = Ktc-1. m .(mR.R.F + m .ồ mf. fi. li) Trong đó : - Ktc = 1,3 >1,25 là hệ số độ tin cậy; - R = 0.65. b(g1’.d.A0k + a.g1..h.B0k ), sức kháng tính toán của đất dưới mũi cọc với A0k , B0k ,a , b là hệ số phụ thuộc vào góc ma sát j của mũi cọc, j = 330 tra bảng ta được : A0k = 48,6 ; B0k = 87.6 ; a = 0.67 ; b= 0.25 d , h : đường kính , chiều sâu chôn cọc , h = 35 m ; g1’ =1,98 T/ cm2 là dung trọng đất dưới mũi cọc ; g1 : dung trọng trung bình của đất từ mũi cọc trở lên (T/m3) ị R = 0,65. 0,25. (1,98 . 1,2. 48,6 + 0,67. 1,81. 40. 87,6) = 709,3 T/m2 ; - mr = 1 là hệ số ở trường hợp cọc không mở rộng đáy ; - u : chu vi ngoài của tiết diện ngang cọc ; - fi : sức ma sát tính toán của lớp đất thứ i ở mặt bên cọc lấy theo bảng 5-8 / [6] và nội suy : lớp 2 : L2 = 2,95m ; B = 0,48 ị f2 = 2 T/m2 ; lớp 3 : L3 = 9,4m ; B = 0,65 ị f3 = 0,78 T/m2 (nội suy) ị bỏ qua ảnh hưởng của lớp này ; lớp 4 : L4 = 16,9m ; B = 0,4 ị f4 = 3,9 T/m2 ; lớp 5 : L5 = 21,4m ; B = 0,73 ị f5 = 1,2 T/m2 ; lớp 6 : L6 = 25,65m ; cát mịn - trung ị f6 = 4,5 T/m2 ; lớp 7 : L6 = 31,2m ; cát trung - thô - to ị f7 = 9,3 T/m2 ; - li : bề dày lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua; - mf : hệ số phụ thuộc công nghệ khoan nhồi, với cọc được thi công bằng đóng ống rỗng có mũi : mf = 0,8 ; và 0,7 lần lượt với đất loại : cát , cát pha , sét pha ; và sét ị PĐN = (1/1,3). (1. 709,3. 1,131 + P. 1,2. (0,7. 2. 2,9 + 0,8. 3,9. 5 + 0,8. 1,2. 4 + + 0,8. 4,5. 5,5 + 0,8. 9,3. 6,1) = = 874,27 T . 4. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng: Xác định số cọc : trong đó : N = Ntc + Gđài + Gđất = 600,919 + 1,7. 2. 2. 2,5 + (2,8 - 2). 1,7. 2. 2 = 630,16 (T) Pmin = min ( PVL ; PĐN ) = PVL = 791,68 T b = 1,2 ị n = 0,955 ị Chọn 1 cọc Bố trí đặt cọc ngay dưới chân cột, tim cọc trùng tim cột. ị Đài cọc chỉ cấu tạo, không chịu lực nên chọn như giả thiết: b . h = 1,7 . 2 = 3,4 m2 ; hđ = 2,0 m . 5. Kiểm tra móng cọc nhồi: a. Kiểm tra tải trọng ngang : phản lực từ chân cột Q = 12,53 T Khả năng chịu lực cắt của bê tông đầu cọc: Qbt = k0. Rk. b. h0 k0 = 0,75 Rk = 10 kG/cm2 = 100 T/m2 b: cạnh tác dụng hình vuông có diện tích làm việc tương đương (m) với d = 1,2m h0 = b - a = 1,06 - 0,05 = 1,01 m Qbt = 0,75. 100. 1,06. 1,01 = 80,3 (T) >> Q Đảm bảo khả năng chịu lực cắt. b. Kiểm tra sức chịu tải của nền : Ta có : Nqư = N + Nđất = 600,919 + (7,75. 7,45). 2. 35 = 4642,2 (T) Mqư = M + Q.H = 51,619 + 12,53. 32,2 = 403,466 (Tm) trong đó : LL = l + 2.H.tg(jtb/4) = 2 + 2. 32,2. tg50 6’ = 7,75 m BL = b + 2.H.tg(jtb/4) = 1,7 + 2. 32,2. tg50 6’ = 7,45 m H = 40 – 2,8 =37,2 m với smax, min = N/ Fqư + M/ Wqư smax = (4642,2 /7,75. 7,45) + 403,466. 6/7,45. 7,752 = 85,812 ( T/ m2 ) smin = (4642,2 /7,75. 7,45) - 403,466. 6/7,45. 7,752 = 74,992 ( T/ m2 ) - Cường độ đất nền dưới đáy móng quy ước theo công thức của Terzaghi : R = (0,4. Ng .g . Bm + Nq .g'. H + 1,3. Nc. C )/ Fs C = 0 ; j =330 : Ng = 27,2 ; Nq = 27,3 ; Hệ số : Fs = 3 g = 1,98 T/m3 ; g' = 1,81 T/m3 ị R = (0,4. 27,2. 1,98. 7,45 + 27,3. 1,81. 35)./3 = 630 T/m2 Ta có : = (smax+ smin).1/2 = 80,402 (T/m2) << 630 (T/m2) smax = 85,812 (T/m2) << 1,2. 630 (T/m2) ị Nền đủ khả năng chịu tải . c. Kiểm tra lún và chọc thủng: - Kiểm tra lún theo móng khối quy ước có kích thước :LL = 7,75 m ; BL = 7,45 m - ứng suất gây lún : T/m2 Chia đát nền dưới đáy móng quy ước thành các lớp bằng nhau hi = BL/ 4 = 1,9 m - Công thức tính lún : ki – hệ số , tra bảng III - 2 / [7] , phụ thuộc tỉ số B/L = 7,75/ 7,45 = 1,04 ; E – môđun đàn hồi của lớp đất dưới móng quy ước E = 3500 T/m2 ; Điểm tính zi (m) Zi/Bm ki sgl .ki (T/m2) (T/m2) Si (m) 0 0 0 0.89848 6.565 72,539 0.0027 1 1,9 0,25 0.6976 5.898521 0.0023 2 3,8 0,5 0.54348 4.579744 0.0018 3 5,7 0,75 0.38936 3.567946 0.0013 4 7,5 1 0.19904 2.556148 0.0008 5 11,2 1,5 0.11744 1.306698 0.0010 6 15 2 0.05944 0.770994 0.0005 7 22,8 3 0.00936 0.390224 123,86 0.0002 0,0107 ị S = 1,07 cm < [ S ] = 4 cm 6 . Bố trí cốt thép trong đài - Vì chỉ có 1cọc do đó không phải tính toán . Bố trí theo cấu tạo : dùng F18 a200 II - Thiết kế móng trục D : 1. Xác định nội lực, chọn các kích thước. - Móng được tính toán với cặp nội lực nguy hiểm nhất tại chân cột, giá trị cặp chọn được từ bảng tổ hợp nôi lực như sau (cặp NL 14 I-I của phần tử C4) : M = 45,119 Tm, N = - 477,885 T, Q = 9,970 T - Tải trọng tiêu chuẩn lấy như sau : Mtc = M/ n = 45,119/1,15 = 39,234 Tm Ntc = 477,885/1,15 = 415,552 T Qtc = 9,97/1,15 = 8,67 T . Chọn bề rộng đài b = 1,7m - Chiều sâu đáy đài cọc chọn giống các móng đã tính ở trên : h = 2,8 m > hmin = 0,895 m . sức chịu tải của cọc có giá trị tương tự trên : PVL = 791,68 T và PĐN = 874,27 T . 2. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng: Xác định số cọc: trong đó : N = Ntc + Gđài + Gđất = 477,885 + 1,7. 2. 2. 2,5 + (2,8 - 2). 1,7. 2. 2 = 500 (T) Pmin = min ( PVL ; Pđn ) = 791,68 T b = 1,2 ị n =0,758 ị Chọn 1 cọc Bố trí đặt cọc ngay dưới chân cột, tim cọc trùng tim cột. ị Đài cọc chỉ cấu tạo không chịu lực nên chọn như giả thiết : b. h = 1,7. 2 = 3,4 m2 ; hđ = 2,0 m . 3. Kiểm tra móng cọc nhồi: a. Kiểm tra tải trọng ngang : phản lực từ chân cột Q = 9,97 T Khả năng chịu lực cắt của bê tông đầu cọc: Qbt = k0. Rk. b. h0 k0 = 0,75 Rk = 10 kG/cm2 = 100 T/m2 b: cạnh tác dụng hình vuông có diện tích làm việc tương đương (m) với d = 1,2m h0 = b - a = 1,06 - 0,05 = 1,01 m Qbt = 0,75. 100. 1,06. 1,01 = 80,3 (T) >> Q Đảm bảo khả năng chịu lực cắt. b. Kiểm tra sức chịu tải của nền : Tính theo sơ đồ móng khối quy ước, ta có : Nqư = N + Nđất = 477,885 + (7,75. 7,45). 2. 35 = 4519,51 (T) Mqư = M + Q.H = 45,119 + 9,97. 32,2 = 366,153 (Tm) trong đó : LL = l + 2.H.tg(jtb/4) = 2 + 2. 32,2. tg50 6’ = 7,75 m; BL = b + 2.H.tg(jtb/4) = 1,7 + 2. 32,2. tg50 6’ = 7,45 m; H = 35 – 2,8 =32,2 m là chiều dài cọc tính từ đáy đài ; smax, min = N/ Fqư + M/ Wqư smax = (4519,51/7,75. 7,45) + 366,153. 6/7,45. 7,752 = 83,19 ( T/ m2 ) smin = (4519,51/7,75. 7,45) - 366,153. 6/7,45. 7,752 = 73,37 ( T/ m2 ) - Cường độ đất nền dưới đáy móng quy ước theo công thức của Terzaghi : R = (0,4. Ng .g . Bm + Nq .g'. H + 1,3. Nc. C )/ Fs C = 0 ; j =330 : Ng = 27,2 ; Nq = 27,3 ; Hệ số : Fs = 3 g = 1,98 T/m3 ; g' = 1,81 T/m3 ị R = (0,4. 27,2. 1,98. 7,45 + 27,3. 1,81. 35)./3 = 630 T/m2 Ta có : = (smax+ smin).1/2 = 78,28 (T/m2) << 630 (T/m2) smax = 83,19 (T/m2) << 1,2. 630 (T/m2) ị Nền đủ khả năng chịu tải . c. Kiểm tra lún và chọc thủng: - Kiểm tra lún theo móng khối quy ước có kích thước : B = 7,45 m ; L = 7,75 m - ứng suất gây lún : T/m2 Chia đát nền dưới đáy móng quy ước thành các lớp bằng nhau hi = BL/ 4 = 1,9 m - Công thức tính lún : ki – hệ số , tra bảng III - 2 / [7] , phụ thuộc tỉ số B/L = 7,75/ 7,45 = 1,04 ; E – môđun đàn hồi của lớp đất dưới móng quy ước E = 3500 T/m2 ; Điểm tính zi (m) Zi/Bm ki sgl .ki (T/m2) (T/m2) Si (m) 0 0 0 0.89848 4.74 72,539 0.0020 1 1,9 0,25 0.6976 4.258795 0.0016 2 3,8 0,5 0.54348 3.306624 0.0013 3 5,7 0,75 0.38936 2.576095 0.0009 4 7,5 1 0.19904 1.845566 0.0013 5 11,2 1,5 0.11744 0.94345 0.0006 6 15 2 0.05944 0.556666 0.0007 7 22,8 3 0.00936 0.281746 123,86 0.0003 0.0087 ị S = 0,87 cm < [ S ] = 4 cm 4 . Bố trí cốt thép trong đài - Vì chỉ có 1cọc do đó không phải tính toán . Bố trí theo cấu tạo : dùng F18 a200 III - Thiết kế móng trục B và C 1. Xác định nội lực, chọn các kích thước. - Móng được tính toán với cặp nội lực nguy hiểm nhất tại chân cột, giá trị cặp chọn được từ bảng tổ hợp nôi lực như sau: Trục C : M = 43,126 Tm N = - 490,415 T Q = + 8,915 T Trục B : M = 48,603 Tm N = - 591,099 T Q = + 11,759 T Do hai cột trục B và C gần nhau nên ta bố trí chúng trên cùng một đài móng - Tải trọng tính toán như sau: N = Nb + Nc = 490,415 + 591,099 = 1081,515 T M = Mb + Mc - Nc .1,64 + Nc.1,14 = 48,603 + 43,126 + 490,415. 1,68 + - 591,099. 1,1 = 266,52 Tm Q = 8,915 + 11,759 = 20,674 T . Tương tự trên, ta cũng chọn chiều sâu chôn đài là 2,8 m > hmin = 1,38 m Các giá trị sức chịu tải giống như đã tính . 2 Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng: Xác định số cọc theo công thức : trong đó : N = Ntc + Gđài + Gđất = 1081,515 + 1,7. 5,3. 2. 2,5 + (2,8 - 2). 1,7. 5,3. 2 = 1140,981 (T) Pmin = min ( PVL ; PĐN ) = 791,68 T b = 1,2 ị n =1,73 . ị Chọn 2 cọc và bố trí cọc cách nhau 2D = 2,4 m ( phù hợp với cọc chống ) 3. Tính toán kiểm tra a. Kiểm tra lực dọc tác dụng lên cọc = 567,79 ± 85,189 ị Pmax = 652,65 T < min ( PVL ; PĐN ) = 791,68 T Pmin = 482,27 T Ta thấy các lực trên đều có giá trị dương nên hai cọc đều chịu nén, không phải kiểm tra nhổ . b. Kiểm tra khả năng chịu tải trọng ngang : phản lực từ chân cột Q = 20,674 T với 2 cọc Khả năng chịu lực cắt của bê tông đầu cọc: Qbt = k0. Rk. b. h0 trong đó : k0 = 0,75 Rk = 10 kG/cm2 = 100 T/m2 b: cạnh tác dụng hình vuông có diện tích làm việc tương đương (m) với d = 1,2m h0 = b - a = 1,06 - 0,05 = 1,01 m Qbt = 0,75. 100. 1,06. 1,01 = 80,3 (T) >> Q/2 các cọc đảm bảo khả năng chịu lực cắt. c. Kiểm tra ứng suất của đất dưới mũi cọc Ta có : Nqư = N + Nđất = 1081,151 + (11,05. 7,45). 2. 35 = 6843,726 (T) Mqư = M + Q.H = 266,52 + 20,647. 32,2 = 931,354 (Tm) trong đó : H = 35 – 2,8 =32,2 m LL = l + 2.H.tg(jtb/4) = 5,3 + 2. 32,2. tg50 6’