Tài liệu Thiết kế xây dựng chung cư an phú

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH I. NHU CẦU XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH Trong những năm gần đây, mức độ đô thị hóa ngày càng tăng, mức sống và nhu cầu của người dân ngày càng được nâng cao kéo theo nhu cầu ăn ở, nghỉ ngơi, giải trí ở một mức cao hơn, tiện nghi hơn. Mặt khác với xu hướng hội nhập, công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hoà nhập với xu thế phát triển của thời đại nên sự đầu tư xây dựng các công trình nhà ở cao tầng thay thế các công trình thấp tầng, các khu dân cư đã xuống cấp là rất cần thiết. Vì vậy chung cư An Phú ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu ở của người dân cũng như thay đổi bộ mặt cảnh quan đô thị tương xứng với tầm vóc của một đất nước đang trên đà phát triển. II. ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH Tọa lạc tại trung tâm khu đô thị mới Thảo Điền, quận 2, công trình nằm ở vị tríthoáng và đẹp, tạo điểm nhấn đồng thời tạo nên sự hài hoà hợp lý và hiện đại chotổng thể quy hoạch khu dân cư. Công trình nằm trên trục đường giao thông chính thuận lợi cho việc cung cấp vật tưvà giao thông ngoài công trình. Hệ thống cấp điện, cấp nước trong khu vực đã hoàn thiện đáp ứng tốt các yêu cầucho công tác xây dựng. Khu đất xây dựng công trình bằng phẳng, hiện trạng không có công trình cũ,không có công trình ngầm bên dưới đất nên rất thuận lợi cho công việc thi công vàbố trí tổng bình đồ. III. GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC 1. MẶT BẰNG VÀ PHÂN KHU CHỨC NĂNG Mặt bằng công trình hình chứ nhật, chiều dài 51,0 m, chiều rộng 29,0 m chiếmdiện tích đất xây dựng là 1479 m2. Công trình gồm 12 tầng(kể cả mái) và 1 tầng hầm. Cốt ±0,00 m được chọn đặt tại mặt sàntầng trệt. Mặt đất tự nhiên tại cốt -1,50 m, mặt sàn tầng hầm tại cốt -3,00 m. Chiềucao công trình là 44 m tính từ cốt mặt đất tự nhiên. Tầng hầm: thang máy bố trí ở giữa, chỗ đậu xe ôtô xung quanh. Các hệ thống kỹthuật như bể chứa nước sinh hoạt, trạm bơm, trạm xử lý nước thải được bố trí GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 1 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 hợplý giảm tối thiểu chiều dài ống dẫn. Tầng hầm có bố trí thêm các bộ phận kỹ thuậtvề điện như trạm cao thế, hạ thế, phòng quạt gió. Tầng trệt, tầng lửng: dùng làm siêu thị nhằm phục vụ nhu cầu mua bán, các dịchvụ giải trí... cho các hộ gia đình cũng như nhu cầu chung của khu vực. Tầng kỹ thuật: bố trí các phương tiện kỹ thuật, điều hòa, thiết bị thông tin… Tầng 3 – 11: bố trí các căn hộ phục vụ nhu cầu ở. Nhìn chung giải pháp mặt bằng đơn giản, tạo không gian rộng để bố trí các căn hộbên trong, sử dụng loại vật liệu nhẹ làm vách ngăn giúp tổ chức không gian linhhoạt rất phù hợp với xu hướng và sở thích hiện tại, có thể dể dàng thay đổi trongtương lai. 2. MẶT ĐỨNG Sử dụng, khai thác triệt để nét hiện đại với cửa kính lớn, tường ngoài được hoànthiện bằng sơn nước. 3. HỆ THỐNG GIAO THÔNG Giao thông ngang trong mỗi đơn nguyên là hệ thống hành lang. Hệ thống giao thông đứng là thang bộ và thang máy, bao gồm 01 thang bộ, 03thang máy trong đó có 02 thang máy chính và 01 thang máy chở hàng và phục vụy tế có kích thước lớn hơn. Thang máy bố trí ở chính giữa nhà, căn hộ bố trí xungquanh lõi phân cách bởi hành lang nên khoảng đi lại là ngắn nhất, rất tiện lợi, hợplý và bảo đảm thông thoáng. IV. GIẢI PHÁP KỸ THUẬT 1.HỆ THỐNG ĐIỆN Hệ thống tiếp nhận điện từ hệ thống điện chung của khu đô thị vào nhà thông quaphòng máy điện. Từ đây điện được dẫn đi khắp công trình thông qua mạng lướiđiện nội bộ. Ngoài ra khi bị sự cố mất điện có thể dùng ngay máy phát điện dự phòng đặt ởtầng ngầm để phát. GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 2 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 2. HỆ THỐNG NƯỚC Nguồn nước được lấy từ hệ thống cấp nước khu vực và dẫn vào bể chứa nước ởtầng hầm rồi bằng hệ bơm nước tự động nước được bơm đến từng phòng thôngqua hệ thống gen chính ở gần phòng phục vụ. Giải pháp kết cấu sàn là sàn không dầm, không có mũ cột, chỉ đóng trần ở khuvực sàn vệ sinh mà không đóng trần ở các phòng sinh hoạt và hành lang nhằmgiảm thiểu chiều cao tầng nên hệ thống ống dẫn nước ngang và đứng được nghiêncứu và giải quyết kết hợp với việc bố trí phòng ốc trong căn hộ thật hài hòa. Sau khi xử lý, nước thải được đẩy vào hệ thống thoát nước chung của khu vực. 3. THÔNG GIÓ CHIẾU SÁNG Bốn mặt của công trình đều có bancol thông gió chiếu sáng cho các phòng. Ngoàira còn bố trí máy điều hòa ở các phòng. 4. PHÒNG CHÁY THOÁT HIỂM Công trình BTCT bố trí tường ngăn bằng gạch rỗng vừa cách âm vừa cách nhiệt.Dọc hành lang bố trí các hộp chống cháy bằng các bình khí CO 2.Các tầng lầu đều có 3 cầu thang đủ đảm bảo thoát người khi có sự cố về cháy nổ.Bên cạnh đó trên đỉnh mái còn có bể nước lớn phòng cháy chữa cháy. 5. CHỐNG SÉT Chọn sử dụng hệ thống thu sét chủ động quả cầu Dynasphere được thiết lập ởtầng mái và hệ thống dây nối đất bằng đồng được thiết kế để tối thiểu hóa nguy cơbị sét đánh. 6. HỆ THỐNG THOÁT RÁC Rác thải ở mỗi tầng được đổ vào gen rác đưa xuống gian rác, gian rác được bố tríở tầng hầm và có bộ phận đưa rác ra ngoài. Gian rác được thiết kế kín đáo, kỹcàng để tránh làm bốc mùi gây ô nhiễm môi trường. GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 3 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH I. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU 1. HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC CHÍNH Căn cứ vào sơ đồ làm việc thì kết cấu nhà cao tầng có thể phân loại như sau: - Các hệ kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứngvà kết cấu ống. - Các hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung-giằng, kết cấu khung-vách, kết cấu ốnglõi và kết cấu ống tổ hợp. - Các hệ kết cấu đặc biệt: Hệ kết cấu có tầng cứng, hệ kết cấu có dầm truyền,kết cấu có hệ giằng liên tầng và kết cấu có khung ghép. Mỗi loại kết cấu trên đều có những ưu nhược điểm riêng tùy thuộc vào nhu cầu vàkhả năng thi công thực tế của từng công trình. Trong đó kết cấu tường chịu lực (hay còn gọi là vách cứng) là một hệ thống tườngvừa làm nhiệm vụ chịu tải trọng đứng vừa là hệ thống chịu tải trọng ngang. Đây làloại kết cấu mà theo nhiều tài liệu nước ngoài đã chỉ ra rằng rất thích hợp cho cácchung cư cao tầng. Ưu điểm nổi bật của hệ kết cấu này là không cần sử dụng hệthống dầm sàn nên kết hợp tối ưu với phương án sàn không dầm. Điều này làmcho không gian bên trong nhà trở nên đẹp đẽ, không bị hệ thống dầm cản trở, dovậy chiều cao của ngôi nhà giảm xuống. Hệ kết cấu tường chịu lực kết hợp với hệsàn tạo thành một hệ hộp nhiều ngăn có độ cứng không gian lớn, tính liền khốicao, độ cứng phương ngang tốt khả năng chịu lực lớn, đặc biệt là tải trọng ngang. Kết cấu vách cứng có khả năng chịu động đất tốt. Theo kết quả nghiên cứu thiệthại các trận động đất gây ra, ví dụ trận động đất vào tháng 2/1971 ở California,trận động đất tháng 12/1972 ở Nicaragoa, trận động đất năm 1977 ở Rumani… chothấy rằng công trình có kết cấu vách cứng chỉ bị hư hỏng nhẹ trong khi các côngtrình có kết cấu khung bị hỏng nặng hoặc sụp đổ hoàn toàn. Vì vậy đây là giảipháp kết cấu được chọn sử dụng cho công trình. 2. HỆ KẾT CẤU SÀN Trong công trình hệ sàn có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc không gian của kếtcấu. Việc lựa chọn phương án sàn hợp lý là rất quan trọng. Do vậy, cần phải có sựphân tích đúng để lựa chọn ra phương án phù hợp với kết cấu của công trình. GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 4 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 Ta xét các phương án sàn sau: a. Hệ sàn sườn Cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn. Ưu điểm: - Tính toán đơn giản. - Được sử dụng phổ biến ở nước ta với công nghệ thi công phong phú nên thuận tiện cho việc lựa chọn công nghệ thi công. Nhược điểm: - Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn rất lớn khi vượt khẩu độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng của công trình lớn nên gây bất lợi cho kết cấu công trình khi chịu tải trọng ngang và không tiết kiệm chi phí vật liệu. - Không tiết kiệm không gian sử dụng. b. Hệ sàn ô cờ Cấu tạo gồm hệ dầm vuông góc với nhau theo hai phương, chia bản sàn thành cácô bản kê bốn cạnh có nhịp bé, theo yêu cầu cấu tạo khoảng cách giữa các dầmkhông quá 2m. Ưu điểm: - Tránh được có quá nhiều cột bên trong nên tiết kiệm được không gian sử dụng và có kiến trúc đẹp,thích hợp với các công trình yêu cầu thẩm mỹ cao và không gian sử dụng lớn như hội trường, câu lạc bộ... Nhược điểm: - Không tiết kiệm, thi công phức tạp. - Khi mặt bằng sàn quá rộng cần phải bố trí thêm các dầm chính. Vì vậy, nó cũng không tránh được những hạn chế do chiều cao dầm chính phải lớn để giảm độ võng. c. Sàn không dầm (không có mũ cột) Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột. Ưu điểm: - Chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm được chiều cao công trình. - Tiết kiệm được không gian sử dụng. - Dễ phân chia không gian. - Dễ bố trí hệ thống kỹ thuật điện, nước… - Thích hợp với những công trình có khẩu độ vừa. GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 5 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 - Việc thi công phương án này nhanh hơn so với phương án sàn dầm bởi không phải mất công gia công cốp pha, côt thép dầm, cốt thép được đặt tương đối định hình và đơn giản, việc lắp dựng ván khuôn và cốp pha cũng đơn giản. - Do chiều cao tầng giảm nên thiết bị vận chuyển đứng cũng không cần yêu cầu cao, công vận chuyển đứng giảm nên giảm giá thành. - Tải trọng ngang tác dụng vào công trình giảm do công trình có chiều cao giảm so với phương án sàn dầm. Nhược điểm: - Trong phương án này các cột không được liên kết với nhau để tạo thành khung do đó độ cứng nhỏ hơn nhiều so với phương án sàn dầm, do vậy khả năng chịu lực theo phương ngang phương án này kém hơn phương án sàn dầm, chính vì vậy tải trọng ngang hầu hết do vách chịu và tải trọng đứng do cột chịu. - Sàn phải có chiều dày lớn để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống chọc thủngdo đó dẫn đến tăng khối lượng sàn. d. Sàn không dầm ứng lực trước Ưu điểm: Ngoài các đặc điểm chung của phương án sàn không dầm thì phương ánsàn không dầm ứng lực trước sẽ khắc phục được một số nhược điểm của phươngán sàn không dầm: - Giảm chiều dày sàn khiến giảm được khối lượng sàn dẫn tới giảm tải trọngngang tác dụng vào công trình cũng như giảm tải trọng đứng truyền xuống móng. - Tăng độ cứng của sàn lên, khiến cho thoả mãn về yêu cầu sử dụng bình thường. - Sơ đồ chịu lực trở nên tối ưu hơn do cốt thép ứng lực trước được đặt phù hợp với biểu đồ mômen do tính tải gây ra, nên tiết kiệm được cốt thép. Nhược điểm: Tuy khắc phục được các ưu điểm của sàn không dầm thông thườngnhưng lại xuất hiện một số khó khăn cho việc chọn lựa phương án này như sau: - Thiết bị thi công phức tạp hơn, yêu cầu việc chế tạo và đặt cốt thép phải chínhxác do đó yêu cầu tay nghề thi công phải cao hơn, tuy nhiên với xu thế hiện đại hoá hiện nay thì điều này sẽ là yêu cầu tất yếu. - Thiết bị giá thành cao và còn hiếm do trong nước chưa sản xuất được. GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 6 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 3. KẾT LUẬN Do công trình là dạng nhà cao tầng, có bước cột lớn, đồng thời để đảm bảo vẽ mỹ quan cho các căn hộ nên giải pháp kết cấu chính của công trình được lựa chọnnhư sau: - Kết cấu móng cọc khoan nhồi, đài băng hay bè. - Kết cấu sàn không dầm (không có mũ cột). - Kết cấu công trình là kết cấu tường chịu lực, bao gồm hệ thống vách cứng và các cột vách, tạo hệ lưới đỡ bản sàn không dầm và được nằm ẩn tại các góc căn hộ. Hệ thống vách cứng và cột vách được ngàm vào hệ đài. II. LỰA CHỌN VẬT LIỆU - Vật liệu xây có cường độ cao, trọng lượng nhỏ, khả năng chống cháy tốt. - Vật liệu có tính biến dạng cao: Khả năng biến dạng dẻo cao có thể bổ sung cho tính năng chịu lực thấp. - Vật liệu có tính thoái biến thấp: Có tác dụng tốt khi chịu tác dụng của tải trọng lặp lại (động đất, gió bão). - Vật liệu có tính liền khối cao: Có tác dụng trong trường hợp tải trọng có tính chất lặp lại không bị tách rời các bộ phận công trình. - Vật liệu có giá thành hợp lý. Nhà cao tầng thường có tải trọng rất lớn. Nếu sử dụng các loại vật liệu trên tạođiều kiện giảm được đáng kể tải trọng cho công trình, kể cả tải trọng đứng cũngnhư tải trọng ngang do lực quán tính. Trong điều kiện nước ta hiện nay thì vật liệu BTCT hoặc thép là loại vật liệu đangđược các nhà thiết kế sử dụng phổ biến trong các kết cấu nhà cao tầng. III. CÁC TIÊU CHUẨN, QUY PHẠM DÙNG TRONG TÍNH TOÁN - Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bêtông cốt thép TCVN 356:2005. - Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động TCVN 2737:1995. - Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình TCVN 45:1978. - Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCVN 205:1998. - Tiêu chuẩn thiết kế và thi công nhà cao tầng TCXD 198:1997. IV. LỰA CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN CÁC CẤU KIỆN - Chọn chiều dày các vách chịu lực là 300 mm,vách lõi thang chọn chiềudày là 300 mm. GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 7 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 - Chọn bản sàn bêtông cốt thép toàn khối dày 25 cm. - Chọn cầu thang dạng bản có chiều dày 12 cm. - Bể nước mái có chiều dày bản thành là 12 cm, bản đáy là 12 cm, bản nắp là 10 cm. Chiều dày sàn chọn dựa trên các yêu cầu: không bị chọc thủng, đảm bảo cho giảthuyết sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó (để truyền tải ngang, chuyển vị…). Do đó trong các công trình nhà cao tầng, chiều dày bản sàn có thể tăng đến 50%so với các công trình khác mà sàn chỉ chịu tải đứng. V. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 1. SƠ ĐỒ TÍNH Trong giai đoạn hiện nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử, đã cónhữngthay đổi quan trọng trong cách nhìn nhận phương pháp tính toán công trình.Khuynhhướng đặc thù hoá và đơn giản hoá các trường hợp riêng lẻ được thay thếbằng khuynh hướng tổng quát hoá. Đồng thời khối lượng tính toán số học khôngcòn là một trở ngại nữa. Các phương pháp mới có thể dùng các sơ đồ tính sát vớithực tế hơn, có thể xét tới sự làm việc phức tạp của kết cấu với các mối quan hệphụ thuộc khác nhau trong không gian. Việc tính toán kết cấu nhà cao tầng nên ápdụng những công nghệ mới để có thể sử dụng mô hình không gian nhằm tăng mứcđộ chính xác và phản ánh sự làm việc của công trình sát với thực tế hơn. 2. CÁC GIẢ THUYẾT DÙNG TRONG TÍNH TOÁN NHÀ CAO TẦNG Sàn là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó (mặt phẳng ngang) và liên kết ngàmvới các phần tử cột, vách cứng ở cao trình sàn. Không kể biến dạng cong (ngoàimặt phẳng sàn) lên các phần tử (thực tế không cho phép sàn có biến dạng cong). Bỏ qua sự ảnh hưởng độ cứng uốn của sàn tầng này đến các sàn tầng kế bên. Mọi thành phần hệ chịu lực trên từng tầng đều có chuyển vị ngang như nhau. Các cột và vách cứng đều được ngàm ở chân cột và chân vách cứng ngay mặt đàimóng. Khi tải trọng ngang tác dụng thì tải trọng tác dụng này sẽ truyền vào công trìnhdưới dạng lực phân bố trên các sàn (vị trí tâm cứng của từng tầng) vì có sàn nêncác lực này truyền sang sàn và từ đó truyền sang vách. Biến dạng dọc trục của sàn, của dầm xem như là không đáng kể. GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 8 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH NỘI LỰC Hiện nay trên thế giới có ba trường phái tính toán hệ chịu lực nhà nhiều tầng thểhiện theo ba mô hình sau: -Mô hình liên tục thuần túy: Giải trực tiếp phương trình vi phân bậc cao, chủ yếu làdựa vào lý thuyết vỏ, xem toàn bộ hệ chịu lực là hệ chịu lực siêu tĩnh. Khi giảiquyết theo mô hình này, không thể giải quyết được hệ có nhiều ẩn. Đó chính làgiới hạn của mô hình này. -Mô hình rời rạc (Phương pháp phần tử hữu hạn): Rời rạc hoá toàn bộ hệ chịu lựccủa nhà nhiều tầng, tại những liên kết xác lập những điều kiện tương thích về lựcvà chuyển vị. Khi sử dụng mô hình này cùng với sự trợ giúp của máy tính có thểgiải quyết được tất cả các bài toán. Hiện nay ta có các phần mềm trợ giúp cho việcgiải quyết các bài toán kết cấu như ETABS, SAP, SAFE... -Mô hình rời rạc - liên tục (Phương pháp siêu khối): Từng hệ chịu lực được xem làrời rạc, nhưng các hệ chịu lực này sẽ liên kết lại với nhau thông qua các liên kếttrượt xem là phân bố liên tục theo chiều cao. Khi giải quyết bài toán này ta thườngchuyển hệ phương trình vi phân thành hệ phương trình tuyến tính bằng phươngpháp sai phân. Từ đó giải các ma trận và tìm nội lực. Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH) Trong các phương pháp kể trên, phương pháp phần tử hữu hạn hiện được sử dụngphổ biến hơn cả do những ưu điểm của nó cũng như sự hỗ trợ đắc lực của một sốphần mềm tính toán dựa trên cơ sở phương pháp tính toán này. Theo phương pháp phần tử hữu hạn, vật thể thực liên tục được thay thế bằng mộtsố hữu hạn các phần tử rời rạc có hình dạng đơn giản, có kích thước càng nhỏcàng tốt nhưng hữu hạn, chúng được nối với nhau bằng một số điểm quy địnhđược gọi là nút. Các vật thể này vẫn được giữ nguyên là các vật thể liên tục trongphạm vi của mỗi phần tử, nhưng có hình dạng đơn giản và kích thước bé nên chophép nghiên cứu dễ dàng hơn dựa trên cơ sở quy luật về sự phân bố chuyển vị vànội lực (chẳng hạn các quan hệ được xác lập trong lý thuyết đàn hồi). Các đặctrưng cơ bản của mỗi phần tử được xác định và mô tả dưới dạng các ma trận độcứng (hoặc ma trận độ mềm) của phần tử. Các ma trận này được dùng để ghépcác phần tử lại thành một mô hình rời rạc hóa của kết cấu thực cũng dưới dạngmột ma trận độ cứng (hoặc ma trận độ mềm) của cả kết cấu. Các tác động ngoàigây ra nội lực và chuyển vị của kết cấu được quy đổi về các thành các ứng lực tạicác nút và được mô tả trong ma trận tải trọng nút tương đương. Các ẩn số cần tìmlà các chuyển vị nút (hoặc nội lực) tại các điểm nút được xác định trong ma trậnchuyển vị nút (hoặc ma trận nội lực nút). Các ma trận độ cứng, ma trận tải trọngnút và ma trận chuyển vị nút được liên hệ với nhau trong phương trình cân bằngtheo quy luật tuyến GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 9 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 tính hay phi tuyến tùy theo ứng xử thật của kết cấu. Sau khigiải hệ phương trình tìm được các ẩn số, người ta có thể tiếp tục xác định được cáctrường ứng suất, biến dạng của kết cấu theo các quy luật đã được nghiên cứutrong cơ học. Sau đây là thuật toán tổng quát của phương pháp PTHH: Rời rạc hóa kết cấu thực thành thành một lưới các phần tử chọn trước cho phù hợpvới hình dạng hình học của kết cấu và yêu cầu chính xác của bài toán. Xác định các ma trận cơ bản cho từng phần tử (ma trận độ cứng, ma trận tải trọngnút, ma trận chuyển vị nút…) theo trục tọa độ riêng của phần tử. Ghép các ma trận cơ bản cùng loại thành ma trận kết cấu theo trục tọa độ chungcủa cả kết cấu. Dựa vào điều kiện biên và ma trận độ cứng của kết cấu để khử dạng suy biến củanó. Giải hệ phương trình để xác định ma trận chuyển vị nút cả kết cấu. Từ chuyển vị nút tìm được, xác định nội lực cho từng phần tử. Vẽ biểu đồ nội lực cho kết cấu. Thuật toán tổng quát trên được sử dụng cho hầu hết các bài toán phân tích kếtcấu: phân tích tĩnh, phân tích động và tính toán ổn định kết cấu. 4. LỰA CHỌN CÔNG CỤ TÍNH TOÁN a. Phần mềm ETABS 9.7.0 Dùng để giải nội lực và phân tích động cho hệ công trình bao gồm các dạng và giátrị dao động, kiểm tra các dạng ứng xử của công trình khi chịu tải trọng động đất. Do ETABS là phần mềm phân tích thiết kế kết cấu chuyên cho nhà cao tầng nênviệc nhập và xử lý số liệu đơn giản và nhanh hơn so với các phần mềm khác. b. Phần mềm SAP 12 Dùng để giải nội lực cho các cấu kiện đơn giản của hệ kết cấu nhằm đơn giản hoá trong quá trình tính toán. c. Một số lưu ý Khi sử dụng các phần mềm SAP, ETABS… cần chú ý đến quan niệm từng cấu kiệncủa phần mềm để cấu kiện làm việc đúng với quan niệm thực khi đưa vào môhình. Quan niệm khối (solid): khi 3 phương có kích thuớc gần như nhau, và có kích thướclớn hơn nhiều so với các phần tử khác. Quan niệm bản, vách (shell): khi kích thước 2 phương lớn hơn rất nhiều so vớiphương còn lại. GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 10 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 Quan niệm thanh (frame): khi kích thước 2 phương nhỏ hơn rất nhiều so với phươngcòn lại. Quan niệm điểm (point): khi 3 phương có kích thuớc gần như nhau, và có kíchthước rất bé. Khi ta chia càng mịn các cấu kiện thì kết quả sẽ càng chính xác. Do phần tử hữuhạn truyền lực nhau qua các điểm liên kết của các phần tử với nhau. Nếu ta chiacác cấu kiện ra nhưng không đúng với quan niệm của phần mềm thì các cấu kiệnđó sẽ có độ cứng tăng đột ngột và làm việc sai với chức năng của chúng trongquan niệm tính, từ đó dẫn đến các kết quả tính của cả hệ kết cấu sẽ thay đổi. 5. NỘI DUNG TÍNH TOÁN Hệ kết cấu nhà cao tầng cần được tính toán cả về tĩnh lực, ổn định và động lực. Các bộ phận kết cấu được tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH 1). Trong trường hợp đặc biệt do yêu cầu sử dụng thì mới tính toán theo trạng thái giớihạn thứ hai (TTGH 2). Khác với nhà thấp tầng, trong thiết kế nhà cao tầng thì tính chất ổn định tổng thểcông trình đóng vai trò hết sức quan trọng và cần phải được tính toán kiểm tra. VI. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 1.VẬT LIỆU Bêtông cho kết cấu bên trên và đài cọc dùng Mác 350 (B25) với các chỉ tiêu như sau: - Khối lượng riêng:  = 2,5 T/m3 - Cường độ tính toán:Rn = 145 kG/cm2 - Cường độ chịu kéo tính toán:Rk = 10,5 kG/cm2 - Môđun đàn hồi:Eb = 300000 kG/cm2 Bêtông cọc khoan nhồi dùng Mác 250 (B20) với các chỉ tiêu như sau: - Khối lượng riêng:  = 2,5 T/m3 - Cường độ tính toán: Rn = 110 kG/cm2 - Cường độ chịu kéo tính toán:Rk = 8,8 kG/cm2 - Môđun đàn hồi:Eb = 265.103 kG/cm2 Cốt thép gân  ≥10 cho kết cấu bên trên và đài cọc dùng loại AIII với các chỉ tiêu: - Cường độ chịu nén tính toán:Ra’ = 3600 kG/cm2 - Cường độ chịu kéo tính toán:Ra = 3600 kG/cm2 GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 11 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 - Cường độ tính cốt thép ngang:Rđ = 2800 kG/cm2 - Môđun đàn hồi:Ea = 2,1.106 kG/cm2 Cốt thép gân  ≥10 cho cọc khoan nhồi dùng loại AII với các chỉ tiêu: - Cường độ chịu nén tính toán:Ra’ = 2800 kG/cm2 - Cường độ chịu kéo tính toán:Ra = 2800 kG/cm2 - Cường độ tính cốt thép ngang:Rđ = 2200 kG/cm2 - Môđun đàn hồi:Ea = 2,1.106 kG/cm2 Cốt thép trơn  <10 dùng loại AI với các chỉ tiêu: - Cường độ chịu nén tính toán:Ra’ = 2300 kG/cm2 - Cường độ chịu kéo tính toán:Ra = 2300 kG/cm2 - Cường độ tính cốt thép ngang:Rđ = 1800 kG/cm2 - Môđun đàn hồi:Ea = 2,1.106 kG/cm2 Vữa ximăng-cát, gạch xây tường:  = 1,8 T/m3 Gạch lát nền ceramic:  = 2,0 T/m3 2. TẢI TRỌNG Kết cấu nhà cao tầng được tính toán với các loại tải trọng chính sau đây: - Tải trọng thẳng đứng (thường xuyên và tạm thời tác dụng lên sàn). - Tải trọng gió (gió tĩnh và nếu có cả gió động). -Ngoài ra khi có yêu cầu kết cấu nhà cao tầng cũng cần phải được tính toán kiểmtra với các trường hợp tải trọng sau: - Do ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ. - Do ảnh hưởng của từ biến. - Do sinh ra trong quá trình thi công. - Do áp lực của nước ngầm và đất. Khả năng chịu lực của kết cấu cần được kiểm tra theo từng tổ hợp tải trọng, đượcquy định theo các tiêu chuẩn hiện hành. GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 12 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ BỂ NƯỚC MÁI I. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 1. KÍCH THƯỚC SƠ BỘ Hồ nước được đặt tại lõi thangmáy; có kích thước mặt bằng LB = 7,4 m 4 m. Bể nước mái có kích thước 4 × 7,4 × 1,5 (m 3). Cao trình nắp bể là +43,0 m.Bể nước (gồm đáy bể, thành bể, nắp bể) được đúc BTCT toàn khối. Sơ bộ chọnchiều dày nắp bể là 10 cm, chiều dày thành bể là 12 cm, chiều dày đáy bể là 12 cm. 2. VẬT LIỆU Bêtông mác 350: Rn = 145 kG/cm2, Rk = 10,5 kG/cm2. Thép AIII (  ≥10): Ra = Ra’ = 3600 kG/cm2, Rad = 2800 kG/cm2. Thép AI (  <10): Ra = Ra’ = 2300 kG/cm2, Rad = 1800 kG/cm2. II. TÍNH TOÁN NẮP BỂ Nắp bể đúc bêtông toàn khối với thành bể và có kích thước như sau: 300 300 300 300 B 3400 4000 200 B' 300 600 600 200 7000 200 7400 3 4 MB NAÉP BEÅ NÖÔÙC . TL 1/50 1. TẢI TRỌNG Tải trọng bản thân: qbt=n.  .h=1,1.2500.0,1=275 kG/m2. GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 13 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 Nắp bể chỉ có hoạt tải sữa chữa, không có hoạt tải sử dụng, ta lấy hoạt tải phân bốlà 75 kG/m² (theo TCVN 2737-1995). Hoạt tải sửa chữa: p=1,2.75=90 kG/m2. Tổng tải trọng: q= qbt + p = 365 kG/m2. 2. SƠ ĐỒ TÍNH Tỉ số l2/l1 = 4/3,7 = 1,08< 2 → bản nắp làm việc theo hai phương. Tính toán nắp bể theo dạng bản kê có 4 cạnh ngàm (dạng sơ đồ 9). 3. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC Momen tại giữa bản: M1 = mi1.P; M2 = mi2.P Momen tại gối: MI = ki1.P; MII = ki2.P Trong đó: P = q.l1.l2 = 365.4.3,7 = 5402 kG ; mij, kij tra bảng phụ thuộc l2/l1. 4. TÍNH CỐT THÉP Chọn a = 2 cm, ho = h – a = 10 – 2 = 8 cm. A M M F  ; ;   0,5[1  1  2 A ] a Ra . .h0 Rn .b.h02  Hệ số tra Momen A Fa Chọn Fchọn 2 bảng (kGm/m) (cm ) thép (cm2) m91=0,01912 M1=104 0,0095 0,995 0,47  6a200 1,41  6a200 m92=0,0165 M2=90 0,0083 0,996 0,4 1,41  k91=0,0444 MI=240 0,022 0,988 1,08 6a200 1,41 k92=0,038 MII=206 0,019 0,99 0,93  6a200 1,41 Thép cấu tạo chọn  6a200. Tại cửa nắp có kích thước 60 cm × 60 cm, được gia cố bằng 2  8. III. TÍNH TOÁN THÀNH BỂ 1. TẢI TRỌNG d. Tải trọng ngang của nước Biểu đồ áp lực nước có dạng tam giác tăng dần theo độ sâu. Tại đáy bể (z = 1,5 m): pn = n.  .h = 1,1.1000.1,5 = 1650 kG/ m2 e. Tải trọng gió GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 14 % 0,141 0,141 0,141 0,141 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 TPHCM thuộc vùng áp lực gió II-A, lấy giá trị áp lực gió là W0 = 83 kG/m2. Công trình thuộc vùng địa hình B (đất trống trải). Cao trình nắp bể: z = 44 m → k =1,3. Xem áp lực gió không đổi suốt chiều cao thành bể. Tải trọng gió hút: ph = n.Wo .k.c = 1,2.83.1,3.0,6 = 77,7 kG/m2 Xét trường bất lợi nhất, ô bản chịu tác dụng của áp lực nước và gió hút nên tảitrọng tác dụng có dạng hình thang. Tại cao trình nắp bể (z = 0): q = ph.1 = 83.1 = 83 kG/m. Tại cao trình đáy bể (z = 1,5 m): q = (ph + pn).1 = (1650 + 83).1 = 1733 kG/m. 2. SƠ ĐỒ TÍNH Thành bể là cấu kiện chịu nén lệch tâm, để đơn giản tính toán thiên về an toàn, bỏqua trọng lượng bản thân của thành bể, xem thành bể là cấu kiện chịu uốn cócạnh dưới ngàm vào bản đáy, cạnh bên được ngàm vào các thành vuông góc,cạnh trên tựa đơn vào bản nắp. Cắt 1 dải rộng b = 1m theo phương cạnh ngắn, tínhnhư một dầm có 1 đầu ngàm và 1đầu tựa đơn. SƠ ĐỒ TÍNH THÀNH BỂ. 3.XÁC ĐỊNH NỘI LỰC M1  ql12 1733.1,52   260kGm 15 15 ql12 1733.1,52 M2    116kGm 33, 6 33, 6 4. TÍNH CỐT THÉP Chọn a = 2 cm, ho = h – a = 12 – 2 = 10 cm. A M M F  ; ;   0,5[1  1  2 A ] a Ra . .h0 Rn .b.h02 GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 15 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM Momen (kGm/m) M1=260 M2=116 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 A  Fa(cm2) 0,015 0,007 0,992 0,996 0,94 0,42 Chọn thép  8a200  8a200 Fchọn (cm2) 2,52 2,52 % 0,252 0,252 Thép cấu tạo chọn  6a200. IV. TÍNH TOÁN BẢN ĐÁY 4000 3400 300 B 300 300 300 300 B' 200 7000 200 7400 3 4 MB ÑAÙY BEÅ NÖÔÙC . TL 1/50 1. TẢI TRỌNG f. TT 1 2 3 4 5 Tải trọng bản thân Vật liệu Gạch men Lớp vữa tạo dốc Lớp chống thấm Bản BTCT Lớp vữa trát  Chiều dày (m) (kG/m ) Hệ số độ tin cậy 0,01 0,02 0,05 0,12 0,01 1000 1800 2000 2500 1800 1,1 1,3 1,2 1,1 1,3 GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 16 3 Tĩnh tải tính toán p(kG/m2) 11 46 120 330 23 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 Tổng cộng GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 17 530 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 Tải trọng khối nước khi đầy bể (h =1,5 m): p n = n.γ.h = 1,1.1000.1,5 = 1650 kG/ m . 2 g. Hoạt tải Đối với bản đáy không kể đến hoạt tải sửa chữa, vì khi sửa chữa bể không chứanước (theo TCVN 5574-1991). Tổng tải trọng: q = p + pn = 530 + 1650 = 2180 kG/m2. 2. SƠ ĐỒ TÍNH Tỉ số l2/l1 = 4/3,7 = 1,08< 2 → bản đáy làm việc theo hai phương. Tính toán đáy bể theo dạng bản kê có 4 cạnh ngàm (dạng sơ đồ 9). 3. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC Momen tại giữa bản: M1 = mi1.P; M2 = mi2.P Momen tại gối: MI = ki1.P; MII = ki2.P Trong đó: P = q.l1.l2 = 2180.4.3,7 = 32264 kG ; mij, kij tra bảng phụ thuộc l2/l1. 5. TÍNH CỐT THÉP Chọn a = 2 cm, ho = h – a = 12 – 2 = 10 cm. A M M Fa  2 ;   0,5[1  1  2 A ] ; Ra . .h0 Rn .b.h0 Hệ số tra bảng m91=0,01912 m92=0,0165 k91=0,0444 k92=0,038 Momen (kGm/m) M1=617 M2=533 MI=1433 MII=1226 A  0,0363 0,0314 0,0843 0,0721 0,9815 0,9841 0,9559 0,9625 Thép cấu tạo chọn  6a200. GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 18 Fa Chọn thép 2 (cm )  8a200 2,25  8a200 1,93 4,16  10a150 3,54  10a150 Fchọn (cm2) 2,52 2,52 4,71 4,71 % 0,252 0,252 0,471 0,471 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 6. KIỂM TRA ĐỘ VÕNG BẢN ĐÁY Dùng phần mềm SAP 2000 để tính toán kiểm tra độ võng bản đáy. Khai báo ô bảncó kích thước và tải trọng như trên, cùng các thông số cần thiết về vật liệu, đặctrưng hình học như thiết kế. Kết quả kiểm tra tại vị trí có độ võng lớn nhất như sau. Dựa vào hình vẽ nhận thấy chuyển vị fmax=1,6mm<<[f]= =>Thỏa mãn điều kiện cho phép. V. TÍNH TOÁN DẦM NẮP VÀ DẦM ĐÁY Chọn kích thước dầm nắp: DN1 (60x30) cm và DN2 (30x20) cm Chọn kích thước dầm đáy: DD1 (70x30) cm và DD2 (50x 30) cm GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 19 Lmax 740   2,8cm 250 250 ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2006-2011 300 300 300 300 B 3400 4000 200 B' 300 600 600 200 7000 200 7400 3 4 DẦM NẮP BỂ NƯỚC MÁI. 3400 4000 300 B B' 300 300 300 300 200 7000 200 7400 3 4 DẦM ĐÁY BỂ NƯỚC MÁI. 1. TẢI TRỌNG Tải trọng bản thân dầm chương trình SAP 2000 tự tính.  TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN DẦM NẮP: +DN1: Tải trọng phân bố tam giác q=675,25kG/m. +DN2: Tải trọng phân bố hình thang q=1350,5kG/m(tính cho dầm DN2 ở giữa). GVHD: THẦY ĐINH HOÀNG NAM SVTH: LÊ ANH DUY MSSV:X060214 Page 20