Thuyết minh tính toán kết cấu nhà cao tầng

1. TOÁN KẾT CẤU HỒ SƠ THIẾT KẾ THI CÔNG DỰ ÁN : BIỆT THỰ GIA HƯNG Tháng 03 năm 2013
2. CĂN CỨ KỸ THUẬT....................................................................................................... 2 – VẬT LIỆU SỬ DỤNG....................................................................................................... 3 – GIẢI PHÁP KẾT CẤU..................................................................................................... 4 – MÔ HÌNH TÍNH TOÁN VÀ TẢI TRỌNG.................................................................... 5 – PHỤ LỤC TÍNH TOÁN...................................................................................................
3. KỸ THUẬT 1.1. Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật và tài liệu tham khảo - TCVN 2737: 1995. Tải trọng tác dụng- Tiêu chuẩn thiết kế; - TCXD 229:1999. Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995; - TCXDVN 356:2005. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép- Tiêu chuẩn thiết kế; - TCXD 205:1998. Móng cọc- Tiêu chuẩn thiết kế; - BS 8110-1997 Structural use of concrete part 1, part 2 & part 3. * Tài liệu tham khảo thiết kế kết cấu khác: - Tính toán tiết diện cột Bê tông cốt thép, GS. Nguyễn Đình Cống. Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội - 2006; - Nền móng và tầng hầm nhà cao tầng, GS.TSKH. Nguyễn Văn Quảng. Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội - 2006. 1.2. Phần mềm sử dụng: - Phân tích kết cấu : Etabs, Safe - Tính toán : Excel 2. VẬT LIỆU SỬ DỤNG 2.1. Bê tông Bê tông sử dụng cho kết cấu gồm những loại như sau: Loại 1 2 4 5 Cấp độ bền chịu nén Kết cấu sử dụng [B] B20 [M250] B22.5 [M300] B20 [M250] B7.5 [M100] Tường, cột, dầm, sàn, vách Cọc BTCT Trụ tường, lanh tô, ô văng Bê tông dùng lót móng 2.2. Cốt thép - Cốt thép thường sử dụng cho kết cấu BTCT: + Thép loại d 10 : dùng thép SD365 có fy = 365 MPa 3. GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU ~1~
4. kết cấu phần thân - Hệ kết cấu chịu lực chính của công trình là hệ cột dầm sàn BTCT để chịu toàn bộ tải trọng đứng và tải trọng ngang.. Hệ kết cấu dầm-sàn là sàn bê tông cốt thép có bề dày là 120mm kết hợp với các dầm. - Sàn tầng hầm: chọn chiều dày 120 mm kết hợp với đà kiềng, bê tông cấp B20 có phụ gia chống thấm. 3.2. Giải pháp kết cấu nền móng - Do đặc tính địa chất tại công trình có chiều dày lớp bùn sét dày, cần sử dụng móng cọc để đưa tải trọng công trình xuống nền đất có khả năng chịu lực lớn. 4. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN VÀ TẢI TRỌNG 4.1. Tải trong sàn : - Trọng lượng bản thân các cấu kiện do chương trình ETABS tự tính toán với hệ số vượt tải n=1,1. - Tải trọng đặc trưng [tiêu chuẩn] được xác định theo các chỉ dẫn về khối lượng riêng của vật liệu và kích thước hình học qui định trong các bản vẽ và tài liệu thiết kế. Bảng 1. Tải trọng tĩnh trên 1 m2 CHIỀU DÀY LOẠI TẢI 1.SÀN TẦNG HẦM 1.Tĩnh tải lớp vữa lớp gach tôn nền tạo dốc Sàn BTCT g [ kg/m2] 2.Hoạt tải Hoạt tải sử dụng p [ kg/m2] 2.SÀN VỆ SINH 1.Tĩnh tải Gạch lát sàn lớp vữa xi măng lớp vữa chống thấm Sàn BTCT Trần thạch cao [ hệ thống đường ống] g [ kg/m2]  KG/M3 HOẶC [KG/M2] TẢI TRỌNG TIÊU CHUẨN [M ] [KG/M2] 1,800.00 1,800.00 2,500.00 0.025 0.040 - 45.0 54.0 135.0 200.00 1.20 240.0 2,000.00 1,800.00 1,800.00 2,500.00 0.01 0.030 0.01 - 20.0 54.0 18 - 30.00 1.000 30.0 122.0 2.Hoạt tải ~2~
5. dụng 200.00 1.200 240.0 2,000.00 1,800.00 2,500.00 1,800.00 0.01 0.025 0.015 20.0 45.0 27.0 30.00 1.000 30.0 122.0 200.00 1.200 240.0 2,000.00 1,800.00 2,500.00 1,800.00 0.01 0.025 0.015 20.0 45.0 27.0 30.00 1.000 30.0 122.0 300.00 1.200 360.0 2,000.00 1,800.00 1,800.00 2,500.00 1,800.00 0.01 0.015 0.075 0.015 20.0 27.0 135.0 27.0 209.0 300.00 1.200 360.0 2,000.00 1,800.00 2,500.00 1,800.00 0.02 0.015 0.015 36.0 27.0 27.0 90.0 300.00 1.200 360.0 p [ kg/m2] 3.SÀN PHÒNG Ở 1.Tĩnh tải Gạch lát sàn lớp vữa xi măng Sàn BTCT Lớp vữa trát xi măng Trần thạch cao [ hệ thống đường ống] g [ kg/m2] 2.Hoạt tải Hoạt tải sử dụng p [ kg/m2] 4. SÀN HÀNH LAN 1.Tĩnh tải Gạch lát sàn lớp vữa xi măng Sàn BTCT Lớp vữa trát xi măng Trần thạch cao [ hệ thống đường ống] g [ kg/m2] 2.Hoạt tải Hoạt tải sử dụng 5.TẢI BẬC THANG 1.Tĩnh tải Mặt bậc bằng granit tự nhiên lớp vữa xi măng Bậc gạch Bản thang BTCT Vữa trát xi măng g [ kg/m2] 2.Hoạt tải Hoạt tải sử dụng p [ kg/m2] 6.CHIẾU NGHỈ 1.Tĩnh tải Mặt bậc bằng granit tự nhiên lớp vữa xi măng Bản thang BTCT Vữa trát xi măng g [ kg/m2] 2.Hoạt tải Hoạt tải sử dụng p [ kg/m2] ~3~
6. SÂN THUỢNG 1.Tĩnh tải Gạch lát sàn lớp vữa xi măng lớp chống thấm Sàn BTCT Lớp vữa trát xi măng Trần thạch cao [ hệ thống đường ống] g [ kg/m2] 2a.Hoạt tải Hoạt tải sử dụng sân thuợng 2b.Hoạt tải Hoạt tải sử dụng mái p [ kg/m2] 2,000.00 1,800.00 2.000.00 2,500.00 1,800.00 0.01 0.050 0.010 0.015 20.0 90.0 20.0 27.0 30.00 1.000 30.0 196.0 200.00 1.200 260.0 75.00 1.000 75.0 * Các tường ngăn và tường ngăn phòng được qui đổi trên m2 sàn: q=200 daN/m2. 4.2. Tải trọng ngang 4.4.1 Tải Trọng gió Công trình xây dựng tại Tp Hå ChÝ Minh thuộc vùng II.A loại địa hình B . Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió được xác định theo công thức: W = Wo . k. c Trong đó: + Wo : áp lực gió tiêu chuẩn, Wo =83 daN/m2 ; + k: hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình; + c: hệ số khí động, c=+0.8 cho mặt đón gió, k=-0.6 cho mặt khuất gió. - Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió: Wtt = Wo .γ + Với: γ = 1, 2 hệ số độ tin cậy của tải trọng gió. c. Kết quả tính toán tải trọng gió Công trình xây dựng Tp Hồ Chí Minh là vùng nội ô mật độ xây dựng dày đặc, áp lực gió vùng IIA, loại địa hình B; - Áp lực gió tiêu chuẩn lên công trình là wo=0.83 kN/m2 Tải trọng gió W=cnkwo Trong đó: ~4~
7. số khí động, với mặt đón gió C=0.8, mặt hút gió C=-0.6, mặt bên C=-0.6 K là hệ số độ cao ứng với loại địa hình B  là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, =1.2 cho công trình tuổi thọ thiết kế là 50 năm n là hệ số vượt tải, n=1.2. 1. Thoâng soá veà taûi troïng vaø daïng ñòa hình. ° Vuøng gioù IIA ° Daïng ñòa hình B ° Aùp löïc gioù tieâu chuaån 0.083 T/m 17 2 m ° Chieàu cao nhaø tính töø MÑ 2. Xaùc ñònh giaù trò gioù taùc ñoäng leân coâng trình. ° aùp löïc tieâu Wj = chuaån: Wokjc ° aùp löïc tính Wj =γ Wj tt toaùn: laø heä soá tin caäy ° trong ñoù: γ = 1.2 cuûa gioù. ° heä soá khí ñoäng c=0.8+0.6 1.4 h saø saøn hi n k W0 phöông X phöông Y Fsaøn, m m taàng treät 1.7 1.7 taàng 3.6 5.3 Fsaø T/m2 b T L n, T 0.640 0.053 18 4.25 15.7 3.7 0.879 0.073 18 7.51 15.7 6.55 ~5~
8. 6.13 Công trình có chiều cao H=19.2m so với mặt đất tự nhiên < 40m nên không cần phải tính toán thành phần động của tải trọng gió. ~6~
9. TỔ HỢP NỘI LỰC - Nội lực được phân tích và tính toán bằng phần mềm ETABS cho tất cả các trường hợp tải trọng sau: + DEAD : Tĩnh tải- trọng lượng bản thân kết cấu + HOATTAI1 : Hoạt tải sử dụng, sửa chữa + HOATTAI2 : Hoạt tải sử dụng, sửa chữa + WX : Tải trọng gió phương X + WY : Tải trọng gió phương Y - Tổ Hợp nội lực theo TTGH 1 [ULS] và THGH 2 [SLS] LOADCASE C1 C2 C3 C4 C5 C6 BAO ETAB TOHOP1 TOHOP2 TOHOP3 TOHOP4 TOHOP5 TOHOP6 loadcase ETAB TOHOP1 TOHOP2 TOHOP3 TOHOP4 TOHOP5 TOHOP6 DEAD 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 HOATTAI1 1.00 0.9 0.9 HOATTAI2 1.00 0.9 0.9 EVE ~7~ WX WY 0.9 -0.9 1 -1 0.9 -0.9 1 -1
10. PHÂN TÍCH KẾT CẤU TRÊN ETASB Hình 1: MÔ HÌNH PHÂN TÍCH KẾT CẤU CÔNG TRÌNH ~8~
11. CẤU SÀN HẦM Hình 4: KẾT CẤU SÀN TẦNG TRỆT ~9~
12. CẤU SÀN TẦNG LỬNG Hình 4: KẾT CẤU SÀN TẦNG 1 ~ 10 ~
13. CẤU SÀN THƯỢNG Hình 4: KẾT CẤU SÀN MÁI ~ 11 ~
14. THIỆN SÀN TÁC DỤNG LÊN HỆ KHUNG ~ 12 ~
15. TÁC DỤNG LÊN HỆ KHUNG ~ 13 ~
16. TÁC DỤNG LÊN SÀN ~ 14 ~
17. TÁC DỤNG LÊN SÀN ~ 15 ~
18. DỤNG LÊN HỆ KHUNG ~ 16 ~
19. DỤNG LÊN HỆ KHUNG ~ 17 ~
20. LỤC TÍNH TOÁN KẾT CẤU 5.1. Tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của cột. - Nội lực cột được lấy từ kết quả tính toán trong chương trình ETABS. - Cốt thép cột được tính toán theo tiêu chuẩn TCXDVN 356: 2005. ~ 17 ~
21. CỘT TRỤC 1 TRỤC 2 ~ 18 ~
22. 19 ~
23. ~
24. kiểm tra khả năng chịu lực của dầm - Nội lực dầm được lấy từ kết quả tính toán trong chương trình ETABS. - Cốt thép vách được tính toán chi tiết trong phụ lục. MẶT BẰNG THÉP DẦM TẦNG HẦM ~ 21 ~
25. DẦM TẦNG TRỆT ~ 22 ~
26. DẦM TẦNG LỬNG ~ 23 ~
27. DẦM TẦNG 1 ~ 24 ~
28. DẦM TẦNG THUỢNG ~ 25 ~
29. DẦM TẦNG MÁI 5.3. Tính toán kiểm tra khả năng chịu lực cầu thang: Chọn chiều dày bản thang là 120mm, dựa vào mô hình etabs, phân tích moment của bản thang. Kết quả tính toán thể hiện trên bản vẽ ~ 26 ~
30. kiểm tra khả năng chịu lực dầm sàn. - Tiêu chuẩn thiết kế lựa chọn là BS 8110-1997; - Phương pháp phân tích kết cấu là phương pháp phần tử hữu hạn, tính toán chịu tải trọng đứng: tải trọng bản thân, tĩnh tải phụ thêm, hoạt tải . Nội lực do tải trọng gió được lấy từ sơ đồ tính Etabs. Phương pháp tính toán tường minh và là phương pháp hiện nay các đơn vị tư vấn đang áp dụng để thiết kế kết cấu sàn nhà cao tầng ứng lực trước căng sau có bám dính; - Chiều dày sàn là hs=120 m, sàn hầm hs=120 mm. - Bê tông kết cấu hệ sàn là f cu=B=20 MPa ≥ C20 đáp ứng yêu cầu cho kết cấu bê tông ứng lực trước căng sau theo khuyến cáo của BS 8110-97; a. Tính toán, kiểm tra dầm sàn tầng hầm: ô sàn lớn nhất nhịp - Độ võng giới hạn lớn nhất là: L/250 = 6000/250 = 24mm ĐỘ VÕNG LỚN NHẤT CỦA SÀN HẦM [Thỏa] ~ 27 ~
31. TRÊN THEO PHUƠNG X THÉP SÀN LỚP TRÊN THEO PHUƠNG Y ~ 28 ~
32. DƯỚI THEO PHUƠNG Y THÉP SÀN LỚP DƯỚI THEO PHUƠNG X ~ 29 ~
33. kiểm tra dầm sàn tầng trệt: - Độ võng giới hạn lớn nhất là: L/250 = 6000/250 = 24mm ĐỘ VÕNG LỚN NHẤT CỦA SÀN TRỆT [Thỏa] ~ 30 ~
34. TRÊN THEO PHUƠNG Y THÉP SÀN LỚP TRÊN THEO PHUƠNG X ~ 31 ~
35. DƯỚI THEO PHUƠNG Y THÉP SÀN LỚP DƯỚI THEO PHUƠNG X ~ 32 ~
36. kiểm tra dầm sàn tầng lửng: - Độ võng giới hạn lớn nhất là: L/250 = 6000/250 = 24mm ĐỘ VÕNG LỚN NHẤT CỦA SÀN LỬNG [Thỏa] ~ 33 ~
37. TRÊN THÉO PHUƠNG Y THÉP SÀN LỚP TRÊN THEO PHUƠNG X ~ 34 ~
38. TRÊN THEO PHUƠNG Y THÉP SÀN LỚP TRÊN THEO PHUƠNG Y ~ 35 ~
39. kiểm tra dầm sàn tầng 2: - Độ võng giới hạn lớn nhất là: L/250 = 6000/250 = 24mm ĐỘ VÕNG LỚN NHẤT CỦA SÀN TẦNG 2 ~ 36 ~
40. TRÊN THEO PHUƠNG Y THÉP SÀN LỚP TRÊN THEO PHUƠNG X ~ 37 ~
41. DƯỚI THEO PHUƠNG X THÉP SÀN LỚP DƯỚI THEO PHUƠNG Y ~ 38 ~
42. kiểm tra dầm sàn tầng thượng: - Độ võng giới hạn lớn nhất là: L/250 = 6000/250 = 24mm ĐỘ VÕNG LỚN NHẤT CỦA SÀN THƯỢNG [Thỏa] ~ 39 ~
43. TRÊN THÉO PHUƠNG Y THÉP SÀN LỚP TRÊN THEO PHUƠNG X ~ 40 ~
44. DƯỚI THEO PHUƠNG X THÉP SÀN LỚP DƯỚI THEO PHUƠNG Y ~ 41 ~
45. kiểm tra khả năng chịu lực móng a. Phản lực đầu cọc: [Pmax=35Tấn] Node Text 10 11 17 18 19 21 22 33 34 35 36 37 38 39 40 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 Point Text 10 11 17 18 19 21 22 33 34 35 36 37 38 39 40 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 TABLE: Nodal Reactions OutputCase Fx Fy Text kN kN COMB1 -0.362 0.156 COMB1 -0.638 0.129 COMB1 -0.378 0.421 COMB1 -0.655 0.418 COMB1 -0.989 0.416 COMB1 -0.808 -0.363 COMB1 -0.732 -0.365 COMB1 -0.843 -0.055 COMB1 -0.868 -0.054 COMB1 -0.867 -0.08 COMB1 -0.841 -0.081 COMB1 -0.074 -0.09 COMB1 -0.103 -0.09 COMB1 -0.104 -0.061 COMB1 -0.074 -0.061 COMB1 -0.604 -0.061 COMB1 -0.359 -0.052 COMB1 -0.55 -0.061 COMB1 -0.3 -0.052 COMB1 -0.297 -0.087 COMB1 -0.548 -0.094 COMB1 -0.603 -0.094 COMB1 -0.359 -0.087 COMB1 -0.67 0.304 COMB1 -0.386 0.311 COMB1 -0.632 0.305 COMB1 -0.352 0.311 COMB1 -0.11 0.288 COMB1 -0.14 0.288 COMB1 -0.129 0.729 COMB1 -0.996 0.291 COMB1 -0.954 0.291 COMB1 -0.976 0.106 COMB1 -0.097 0.143 COMB1 -0.933 0.087 COMB1 -0.934 0.124 COMB1 -0.13 0.158 COMB1 -0.129 0.13 ~ 42 ~ Fz kN 311.194 335.093 253.967 337.527 227.364 314.099 303.511 256.154 238.627 220.958 238.482 277.944 278.998 303.718 302.673 338.001 306.96 339.73 301.025 276.605 311.375 309.605 282.524 337.995 306.179 340.127 296 190.456 205.75 63.524 238.998 259.251 276.782 316.144 285.612 281.573 303.141 317.601 Check OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK
46. -0.314 COMB1 -0.7 -0.384 COMB1 -0.746 -0.385 COMB1 -0.724 -0.337 COMB1 -0.417 -0.352 COMB1 -0.379 -0.352 COMB1 -0.798 -0.385 COMB1 -0.457 -0.353 COMB1 -0.657 -0.382 COMB1 -0.343 -0.35 Fz kN 333.362 375.561 379.499 340.071 373 379.567 382.007 365.176 370.174 384.897 OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK a. Phản lực đầu cọc: [Pmax=40Tấn] Node Text 20 23 24 25 27 28 339 340 341 342 Point Text 20 23 24 25 27 28 339 340 341 342 Check OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK c. Chuyển vị đầu cọc : [Umax=80mm] TABLE: Nodal Displacements Nod e Text 10 11 17 18 19 20 21 22 Point Text 10 11 17 18 19 20 21 22 OutputCase Text COMB1 COMB1 COMB1 COMB1 COMB1 COMB1 COMB1 COMB1 Ux mm 0.051763 0.091133 0.053955 0.093545 0.141226 0.044353 0.1154 0.104518 ~ 43 ~ Uy mm -0.022319 -0.01842 -0.060166 -0.059707 -0.05943 0.034906 0.051875 0.052163 Uz mm -22.228149 -23.935232 -18.140471 -24.109067 -16.240262 -18.520111 -22.435628 -21.679331 CHECK OK OK OK OK OK OK OK OK
47.
48. MÓNG LỚP TRÊN PHUƠNG X ~ 45 ~ OK OK OK OK OK OK OK OK
49. DUỚI PHƯONG X THÉP MÓNG LỚP TRÊN PHUƠNG Y ~ 46 ~
50. DUỚI PHUƠNG Y ~ 47 ~