Đồ án tốt nghiệp nhà làm việc 7 tầng, trường đại học đà lạt chương (3)

Võ thanh bình LớP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

Chơng 2:
giải pháp kết cấu và tính tải
trọng tác dụng lên công trình
i. Lựa chọn giải pháp kết cấu

1. Sơ bộ phơng án kết cấu
1.1. Phân tích các dạng kết cấu khung
1.1.1. Phơng án khung
Nhà thờng chịu tải trọng thẳng đứng tác dụng lên sàn
và mái, chịu tải trọng gió tác dụng lên tờng ngoài và kết cấu
bao che. Các tải trọng đợc truyền vào kết cấu chịu lực chính
rồi truyền xuóng móng. Tuỳ theo chức năng, tính chất nhiệm
vụ của ngôi nhà mà có thể dùng các kiểu khác nhau: tờng,
khung hoặc tờng kết hợp với khung, vòm. ở đây ta dùng kết
cấu khung. Khung đợc tạo từ cột và dầm dọc đầu cột. Có hai
loại khung chính là khung toàn khối và khung lắp ghép.
- Khung toàn khối: đợc cấu tạo với nút cứng do ngời ta
ghép ván khuôn, đặt cốt thép và đổ bê tông ngay tại vị trí
thiết kế của kết cấu. Do các cấu kiện đợc dính với nhau một
cách toàn khối nên kết cấu có độ cứng lớn, chịu lực động tốt
biến dạng ít, mômen uốn phân phối tơng đối đều ở đầu
mút và giữa các thanh, do đó các thanh làm việc hợp lý hơn
và với nhịp lớn hơn.. Tuy nhợc điểm làm ván khuôn và cột
chống, thi công chịu ảnh hởng của thời tiết nhng hiện nay bgời ta khắc phục đợc nhợc điểm này.
- Khung lắp ghép: có thể đợc cấu tạo với nút cứng hoặc
khớp. Việc làm mối nối của khung lắp ghép thành liên kết

cứng khá phức tạp, phải tốn thép để dùng làm vật đặt sẵn,
thép liên kết, phải hàn cốt thép và chèn bê tông một cách cẩn
thận. Với liên kết khớp độ cứng của khung giảm, tải trọng gây
mômen lớn cho bộ phận trực tiếp chịu tác dụng của nó,
mômen tập trung giữa xà và chân cột, các tiết diện đó chịu
nội lực lớn, thanh làm việc ít hợp lý.
1.1.2. Phơng án sàn:
Trong công trình hệ sàn có ảnh hởng rất lớn tới sự làm
việc không gian của kết cấu. Việc lựa chọn phơng án sàn hợp
lý là điều rất quan trọng. Do vậy, cần phải có sự phân tích
đúng để lựa chọn ra phơng án phù hợp với kết cấu của công
trình.Ta xét các phơng án sàn sau:
+ Sàn sờn toàn khối:
6


Võ thanh bình LớP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

Cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn.
Ưu điểm: Tính toán đơn giản, đợc sử dụng phổ biến ở nớc
ta với công nghệ thi công phong phú nên thuận tiện cho việc
lựa chọn công nghệ thi công.
Nhợc điểm: Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn rất lớn
khi vợt 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.

+ Sàn không dầm (sàn nấm):
Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột. Đầu cột làm mũ
cột để đảm bảo liên kết chắc chắn và tránh hiện tợng đâm
thủng bản sàn.
Ưu điểm:
- Chiều cao kết cấu nhỏ nên giảm đợc chiều cao công
trình
- Tiết kiệm đợc không gian sử dụng
- Thích hợp với những công trình có khẩu độ vừa (68m)
và rất kinh tế với những loại sàn chịu tải trọng >1000 kG/m2.
Nhợc điểm:
- Tính toán phức tạp
- Thi công khó vì nó không đợc sử dụng phổ biến ở nớc ta
hiện nay, nhng với hớng xây dựng nhiều nhà cao tầng, trong tơng lai loại sàn này sẽ đợc sử dụng rất phổ biến trong việc
thiết kế nhà cao tầng.
Do vậy phơng án lựa chọn là hệ dầm và bản sàn để
thiết kế cho công trình.
1.1.3. Sơ đồ tính:
Sơ đồ tính là hình ảnh đơn giản hoá của công trình, đợc
lập ra chủ yếu nhằm hiện thực hoá khả năng tính toán các kết
cấu phức tạp. Nh vậy với cách tính thủ công, ngời thiết kế
buộc phải dùng các sơ đồ tính toán đơn giản, chấp nhận việc
chia cắt kết cấu thành các phần nhỏ hơn bằng cách bỏ qua
các liên kết không gian. Đồng thời sự làm việc của vật liệu
cũng đợc đơn giản hoá, cho rằng nó làm việc trong giai đoạn
đàn hồi, tuân theo định luật Hooke. Trong giai đoạn hiện
nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử, đã có
7

Võ thanh bình LớP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

những thay đổi quan trọng trong cách nhìn nhận phơng
pháp tính toán công trình. Khuynh hớng đặc thù hoá và đơn
giản hoá các trờng hợp riêng lẻ đợc thay thế bằng khuynh hớng
tổng quát hoá. Đồng thời khối lợng tính toán số học không còn
là một trở ngại nữa. Các phơng pháp mới có thể dùng các sơ
đồ tính sát với thực tế hơn, có thể xét tới sự làm việc phức
tạp của kết cấu với các mối quan hệ phụ thuộc khác nhau trong
không gian.
Với độ chính xác cho phép và phù hợp với khả năng tính toán
hiện nay, đồ án này sử dụng sơ đồ tính toán cha biến dạng
(sơ đồ đàn hồi) hai chiều (phẳng). Hệ kết cấu gồm hệ sàn
dầm BTCT toàn khối liên kết với các cột.
Tải trọng:
-Tải trọng đứng:
Gồm trọng lợng bản thân kết cấu và các hoạt tải tác dụng
lên sàn, mái. Tải trọng tác dụng lên sàn, thiết bị ... đều qui về
tải phân bố đều trên diện tích ô sàn.
-Tải trọng ngang:
Tải trọng gió đợc tính toán qui về tác dụng tại các mức
sàn.
Nội lực và chuyển vị:
Để xác định nội lực và chuuyển vị, sử dụng chơng trình
tính kết cấu SAP 2000. Đây là một chơng trình tính toán
kết cấu rất mạnh hiện nay. Chơng trình này tính toán dựa
trên cơ sở của phơng pháp phần tử hữu hạn.

2. Phơng án lựa chọn
Với độ chính xác cho phép và phù hợp với khả năng tính
toán hiện nay, đồ án này sử dụng sơ đồ tính toán cha biến
dạng (sơ đồ đàn hồi) hai chiều (phẳng). Hệ kết cấu gồm hệ
dầm sàn BTCT toàn khối liên kết với các cột.
3.vật liệu sử dụng trong tính toán:
Sơ bộ chọn vật liệu nh sau:
- Bê tông mác 300# có Rn=130 KG/cm2 , Rk=10 KG/cm2.
- Môđun đàn hồi của bê tông: Eb = 2.9e6 kG/cm2
- Thép chịu lực AII có Ra= Ra = 2800 KG/cm2.
- Thép cấu tạo AI có Ra= 2100 KG/cm2.
8


Võ thanh bình LớP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

Các loại vật liệu khác thể hiện trong các hình vẽ cấu tạo.
iI- sơ bộ lựa chọn kích thớc cột, dầm, sàn:

Các kích thớc sơ bộ đợc chọn dựa theo nhịp của các kết
cấu (đối với bản và dầm), theo yêu cầu về bền, về độ ổn
định (đối với cột) và các yêu cầu kiến trúc, cụ thể nh sau:

1.Kích thớc bề dầy sàn:

Công trình có 3 loại ô sàn : 3.0x3.9m; 2.4x3.9m; 4,2x3,9m
a.Ô bản loại 1 (l1 xl2=3.0x3.9m)

Xét tỉ số

l2 3.9

=1.3 <2
l1 3.0

Vậy ô bản làm việc theo 2 phơng tính bản theo sơ đồ bản
kê 4 cạnh .
Chiều dày bản sàn đợcxác định theo công thức :
hb=

D
l ( l: cạnh ngắn theo phơng chịu lực)
m

Với bản kê 4 cạnh có m=40 50 chọn m=43
D= 0.8 1.4 chọn D=1
Vậy ta có hb=

1
x300 = 6,98 cm
43

b. Ô bản loại 2 (l1xl2=2.4x3.9)
Xét tỉ số

l 2 3.9

=1.625<2

l1 2.4

Vậy ô bản làm việc theo 2 phơng tính bản theo sơ đồ bản
kê 4 cạnh .
Ta có hb=

1
x 240 = 5.58cm ( Chọn D=1)
43

c. Ô bản loại 3 (l1xl2=4.2x3.9)
Xét tỉ số

l 2 4.2

=1.08<2
l1 3.9

Vậy ô bản làm việc theo 2 phơng tính bản theo sơ đồ bản
kê 4 cạnh .
Ta có hb=

1
x390 = 9.06cm ( Chọn D=1)
43

KL: Vậy ta chọn chiều dày chung cho các ô sàn toàn nhà là 10
cm

2.Kích thớc tiết diện dầm:

Chiều cao dầm đợc chọn theo công thức:
9


Vâ thanh b×nh – LíP XD35b
xdak35t03

hd 

MSSV: ks

1
.l d
md

Trong ®ã:
HÖ sè md = 812
ld: NhÞp cña dÇm
- §èi víi dÇm nhÞp 6.0m chän md = 12. Ta cã:
hd 

6000
 450mm
12

Chän hd = 50cm.
BÒ réng dÇm bd = (0,30.5)hd = (16.725)cm
Chän tiÕt diÖn dÇm bxh = 25x50cm.
- §èi víi dÇm nhÞp 6.3m chän md = 12. Ta cã:
6300

hd 
 525mm
12
Chän hd = 60cm.
BÒ réng dÇm bd = (0,30.5)hd = (19.532.5)cm
Chän tiÕt diÖn dÇm bxh = 30x60cm.
- §èi víi dÇm nhÞp 2.4m chän md = 12. Ta cã:
hd 

2400
 200mm
12

Chän hd = 30cm.
BÒ réng dÇm bd = (0.30.5)hd = (915)cm
Chän tiÕt diÖn dÇm bxh = 22x30cm.
- §èi víi dÇm nhÞp 3.9 m( dÇm phô) chän md = 12. Ta cã:
3900
hd 
 325mm
12
Chän hd = 35cm.
BÒ réng dÇm bd = (0.30.5)hd = (10.517.5)cm
Chän tiÕt diÖn dÇm bxh = 22x35cm.
- §èi víi dÇm ch¹y däc nhµ lµ dÇm liªn tôc nhÞp 4.2 :
hd 

3900
 325mm
12

Chän hd = 35cm.
BÒ réng dÇm bd = (0,30.5)hd = (10.517.5)cm
Chän tiÕt diÖn dÇm bxh = 22x35cm.
Tãm l¹i hÖ thèng dÇm trong c«ng tr×nh cã tiÕt diÖn nh sau:
- DÇm lo¹i 1cã tiÕt diÖn:D1 25x50cm.
- DÇm lo¹i 2cã tiÕt diÖn:D2 22x35cm.

10


Võ thanh bình LớP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

3.Kích thớc tiết diệncột:
3.1.Chọn kích thớc cột.
Tiết diện của cột đợc chọn theo nguyên lý cấu tạo kết cấu bê
tông cốt thép, cấu kiện chịu nén.
- Diện tích tiết diện ngang của cột đợc xác định theo
công thức:
Fb = 1,2 1,5

N
Rn

- Trong đó :
+ 1,2 1,5: Hệ số dự trữ kể đến ảnh hởng của
mômen

+ Fb: Diện tích tiết diện ngang của cột
+ Rn: Cờng độ chịu nén tính toán của bê tông . Bêtông
cột mác 300# có Rn=130kg/cm2.
+ N: Lực nén lớn nhất có thể xuất hiện trong cột (xác
định sơ bộ trị số N bằng cách dồn tải trọng trên diện
tích chịu lực vào cột)
- Tính toán sơ bộ lực nén lớn nhất tác dụng lên chân cột ở
tầng 1
N=msq.Fs
Fs : diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét
ms : số tầng phía trên tiết diện cột(kể cả mái)
q: tải trọng tơng đơng tính trên mỗi m2 sàn (q=1 -1,4
T/m2 chọn q=1)
+) Nhà chính: N= 7x1x3.9x(1.2+3.0) =114.66 T
- Tiết diện cột:
+Cột từ tầng 1 đến tầng 3:

Fb

1,2 x114660
1058,4cm 2
130

->Chọn sơ bộ tiết diện cột tầng 1~4 là : 30 x50
->Chọn sơ bộ tiết diện cột tầng 5~7 là : 30 x40
+) Sảnh: N= 2x1x7.8x3.15 = 49,14 T
- Tiết diện cột:
+Cột từ tầng 1 đến tầng 2:

Fb

1, 2 x 49140
536,07cm 2
110

->Chọn sơ bộ tiết diện cột tầng 1~2 là : 25x25

11


Võ thanh bình LớP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

Iii.tải trọng và tác động.

1.Tải trọng đứng.
1.1.Giá trị tĩnh tải trên các cấu kiện cơ bản.
Tĩnh tải bao gồm trọng lợng bản thân các kết cấu nh cột,
dầm, sàn và tải trọng do tờng đặt lên công trình. Khi xác
định tĩnh tải riêng tải trọng bản thân của các phần tử cột và
dầm sẽ đợc Sap 2000 tự động cộng vào khi khai báo hệ số
trọng lợng bản thân.
a.Tĩnh tải sàn, mái.
Bảng 1: Bảng tĩnh tải tính toán tác dụng lên sàn áp mái

STT
1
2

Cấu tạo sàn
Sàn BTCT
Lớp vữa trát trần
Tổng


m)
0.1
0.15


T/m3
2,5
1,8

gtc
T/m2
0.25
0.27

n
1,1
1,2

gtt
T/m2
0.275
0.032
0.307

Bảng 2: Bảng tĩnh tải tính toán tác dụng lên mái dốc

Bảng 3: Bảng tĩnh tải tính toán tác dụng lên mái bằng

12


Võ thanh bình LớP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

Bảng 4: Bảng tĩnh tải tính toán tác dụng lên sênô

Bảng 5:Bảng tĩnh tải tính toán

Cấu tạo sàn
STT
m)
1
0.00
Gạch lát 3003008
8
2
0.02
Vữa lót dày 20mm
3
0.10
Bản sàn

4
Vữa trát trần dày 0.01
5
1,5cm
Tổng cộng

tác dụng lên sàn
gtc

n
KG/m3 KG/m2

gtt
KG/m2

1800

14.4

1.1

15.84

2000
2500
1800

40
250
27

1.2
1.1
1.2

48
275
32.4
371.24

Bảng 6: Tĩnh tải phòng vệ sinh

Bảng 7:Bảng tĩnh tải tính toán tải trọng trên 1m 2 tờng
Tờng
220

-Phần xây: 0,22 1800
-phần trát: 0,015 2 1800

Tờng
110

-Phần xây: 0,11 1800
-phần trát: 0,015 2 1800

1,
1
1,
2
1,

1
1,

435.6
64.8
198
64.8
Cộng:76
13


Võ thanh bình LớP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

2

3.2

Bảng 8:Bảng tĩnh tải tính toán chiếu nghỉ
T
T

các lớp sàn

Dày
m

t/m3

n

0.008

2

1.1

0.03

1.8

1.2

0.1

2.5

1.1

1.8

1.2

1

Lát gạch
granite

2

Lớp lót

3

Bê tông sàn

4

vữa trát
0.015
Tổng tải trọng

Gtt
t/m2
0.01
8
0.06
5
0.27
5
0.03
2
0.39

Bảng 9:Bảng tĩnh tải tính toán cầu thang
T
T

các lớp sàn

1 Đá mài granito
2 Lớp lót
3 Bậc gạch
4 bản bê tông
5 vữa trát

Dày
m


t/m3

n

0.008

2

1.1

0.03

1.8

1.2

0.0225

1.8

1.2

0.1

2.5

1.1

0.015

1.8

1.2

Tổng tải trọng

Gtt
t/m2
0.01
8
0.06
5
0.04
1
0.27
5
0.03

2
0.43
1

Bảng 10 :Bảng giá trị hoạt tải trên các cấu kiện

14


Vâ thanh b×nh – LíP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

15


Võ thanh bình LớP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

IV. dồn tải về khung trục 10:

1.Tĩnh tải:
1.1.Tải trọng sàn
Tải tác dụng lên dầm phân bố theo dạng hình thang hoặc
tam giác với giá trị lớn nhất là q với q đợc xác định theo công
thức: q=qsàn x Lngắn/2 , ta lập bảng tính các giá trị q lớn nhất
trên các ô bản, và tính tải phân bố đều tơng đơng.

+ Khi tải tam giác thì
9
10
11
đa về phân bố đều
chuyển theo công thức:
q*= 5/8xqsàn x L1/2
+ Khi tải hình thang
thì đa về phân bố
đều chuyển theo công
thức:

f

e

d

q*= (1-22+ 3)x qsàn
xL1/2
L1

Với = 2 L
2

c
b
9

10

11

16


Vâ thanh b×nh – LíP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

TÇng 2
B¶ng t¶i träng ph©n bè tÇng 2

B¶ng t¶i träng tËp trung TÇng 2

17


Vâ thanh b×nh – LíP XD35b
xdak35t03

TÇng 3

MSSV: ks
9

10

11

f

e

d

c
b

9

10

11

TÇng 3
B¶ng t¶i träng ph©n bè tÇng 3

B¶ng t¶i träng tËp trung tÇng 3
18


Vâ thanh b×nh – LíP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

19

Vâ thanh b×nh – LíP XD35b
xdak35t03

TÇng ®iÓn h×nh

MSSV: ks
9

10

11

f

e

d

c
b

9

10

11

B¶ng t¶i träng ph©n bè tÇng ®iÓn h×nh

20


Võ thanh bình LớP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

Bảng tải trọng tập trung tầng điển hình:

Tầng áp mái
Nh phần trên đã tính, tải tác dụng lên dầm phân bố theo dạng
hình thang hoặc tam giác với giá trị lớn nhất là q với q đợc xác
9
11
định theo công thức: q=qsàn x Lngắn/2 . Trên
mái, 10
các ô sàn
đều có cạnh ngắn là 3.0m và tải trọng tính toán sàn mái là :
f
0.859 T/m2
Bảng tải trọng phân bố tầng mái

e

d

c
b

21
9

10

11


Võ thanh bình LớP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

Bảng tải trọng tập trung sàn tầng áp mái

9

10

11

f

Mái
Loại ô sàn : 3,9x1.8m
Xét tỉ số

l2 3.9

=2.17>2

l1 1.8

e

Vậy ô bản làm việc theo 1 phơng tính bản theo sơ đồ bản
d
kê 2 cạnh
.
c
b
9

10

11

22


Võ thanh bình LớP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

Ô sàn S1(3,9x4,2)
l

3,9

1

Có 2.l 2.4, 2 0,464
2

1 2. 2 3 0, 669

Bảng tải phân bố đều phần mái

Bảng tải trọng tập trung phần mái

23


Vâ thanh b×nh – LíP XD35b
xdak35t03

2.Ho¹t t¶i:

MSSV: ks
9

10

11

2.1.Trêng hîp 1:
2.1.1.TÇng 2

f

e

d

c
b
9

10

11

B¶ng tÝnh ho¹t t¶i ph©n bè tÇng 2:

B¶ng tÝnh ho¹t t¶i tËp trung tÇng 2:
9

10

11

f

e

d

c

2.1.2.TÇng 3

b

24
9

10

11


Vâ thanh b×nh – LíP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

B¶ng tÝnh ho¹t t¶i ph©n bè tÇng 3:

B¶ng tÝnh ho¹t t¶i tËp trung tÇng 3:

25


Vâ thanh b×nh – LíP XD35b
xdak35t03

2.1.2.TÇng ®iÓn h×nh:

MSSV: ks

9

10

11

f

e

d

c
b

9

10

11

26


Vâ thanh b×nh – LíP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

B¶ng tÝnh ho¹t t¶i ph©n bè tÇng ®iÓn h×nh:

B¶ng tÝnh ho¹t t¶i tËp trung tÇng ®iÓn h×nh:

2.1.3.TÇng ¸p m¸i:

9

10

11

f

e

d

c
b
9

10

11

27


Vâ thanh b×nh – LíP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

B¶ng tÝnh ho¹t t¶i ph©n bè tÇng ¸p m¸i:

B¶ng tÝnh ho¹t t¶i tËp trung tÇng m¸i :

2.1.4.M¸i:
9

10

11

f

e

d

c
b
9

B¶ng tÝnh ho¹t t¶i ph©n bè trªn m¸i:

10

11

B¶ng t¶i träng tËp trung m¸i

28


Võ thanh bình LớP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

2.2 Trờng hợp 2
2.2.1tầng 2,3 và tầng điển hình :
9

10

11

f

e

d

c
b
9

10

11

Bảng tải trọng phân bố đều

Bảng tải trọng tập trung:

29


Vâ thanh b×nh – LíP XD35b
xdak35t03

MSSV: ks

2.2.2.TÇng ¸p m¸i:
9

10

11

f

e

d

c
b
9

9

10

10

11

11

f

B¶ng tÝnh ho¹t t¶i ph©n bè ®Òu tÇng ¸p m¸i:

B¶ng tÝnh ho¹t t¶i tËp trung tÇng ¸p m¸i:

e

d

2.2.3. M¸i:

c
b
9

10

11

30