TẢI TRỌNG GIÓ TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG

sơ bộ tiết diện cột:
TẦNG
Tầng 13 - 18
Tầng 7 - 12
Tầng hầm –
Tầng 6

C1
250×250
400×400

C2
250×250
400×400

C3
250×250
400×400

C4
250×250
400×400

600×600

600×600

600×600

600×600

TẢI TRỌNG GIÓ TÁC ĐỘNG:
Theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999: Gió nguy hiểm nhất là gió vuông góc với
mặt đón gió.
Tải trọng gió bao gồm 2 thành phần:
- Thành phần tĩnh của gió.
- Thành phần động của gió.
Thành phần tĩnh của gió:
Thành phần tĩnh của gió được tính theo TCVN 2737:1995:
- Áp lực gió tĩnh tính toán tại cao độ z so với mốc chuẩn được tính theo công thức:
Wtc  W0 kc
- Trong đó:
+ W0 – giá trị của áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng phụ lục E và điều 6.4
TCVN 2737:1995. Công trình đang xây dựng ở TP. Hồ Chí Minh vùng gió II-A, khu vực
A và ảnh hưởng của gió bão được đánh giá yếu, lấy W0 = 0.83kN/m2.
+ k – hệ số thay đổi áp lực gió theo chiều cao, lấy theo bảng 5 TCVN 2737:1995.
+ c – hệ số khí động, đối với mặt đón gió c d = +0.8, mặt hút gió ch = -0.6, hệ số
tổng cho mặt đón gió và hút gió là c = 0.8 + 0.6 = 1.4. Hệ số an toàn  = 1.2.
Tải trọng gió tĩnh được quy về thành lực tập trung tại các cao trình sàn, lực tập trung này
đặt tại tọa độ được tính toán của mỗi tần (W tcx là lực gió tiêu chuẩn theo phương X và Wtcy là lực
gió tiêu chuẩn theo phương Y, lực gió bằng áp lực gió nhân với diện đón gió
Thành phần động:
Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học:
- Sơ đồ tính toán là hệ thanh công xôn có hữu hạn điểm trập trung khối lượng.
- Chia công trình thành n phần sao cho mỗi phần có độ cứng và áp lực gió lên về mặt
công trình có thể coi như không đổi.
- Vị trí của các điểm tập trung khối lượng đặt tương ứng với cao trình sàn.
- Giá trị khối lượng tập trung bằng tổng của trọng lượng bản thân kết cấu, tải trọng các
lớp cấu tạo sàn hoạt tải. TCVN 2737:1995 và RCXD 229:1999 cho phép sử dụng hệ số chiết
giảm đối với hoạt tải, tra bảng 1 (TCXD 229:1999), lấy hệ số chiết giảm là 0.5.

Hình … Sơ đồ tính toán động lực tải gió tác dụng lên công trình
Việc tính toán tần số dao động riêng của 1 công trình nhiều tầng là rất phức tạp, do đó cần
phải có sự hỗ trợ của các chương trình máy tính. Trong đồ án này phần mềm ETABS được dùng
để tính toán các tần số dao động riêng của công trình.


Hình … Mô hình 3D của công trình trong Etabs
Trong TCXD 229:1999, quy địng chỉ cần tính toán thành phần động của tải trọng gió ứng
với s dạng dao động đầu tin, với tần số dao động riêng cơ bản thứ s thỏa mãn bất đẳng thức:
f s  f L  f s 1
Trong đó: fL được tra trong bảng 2 TCXD 229:1999, đối với kết cấu sử dụng bê tông cốt
thép, lấy  = 0.3, ta được fL = 1.3Hz. Cột và vách ngàm với móng.
Gió động của công trình được tính theo 2 phương X và Y, mỗi dạng dao động chỉ xét theo
phương có chuyển vị lớn hơn. Tính toán thành phần động của gió gồm các bước sau:
- Bước 1: Xác định tần số dao động riêng của công trình.
Sử dụng phần mềm Etabs khảo sát với 12 mode dao động của công trình


Bảng … Kết quả 12 mode dao động
Mod Chu kỳ T Tần số f
UX UY RY RZ Phương
Ghi chú
e
(s)
(1/s)
1
2.397
0.417

0.55 0.06 0.39 0.03
X
Tính
2
1.860
0.538
0.08 0.50 0.07 0.08
Y
Tính
3
1.034
0.967
0.00 0.07 0.02 0.58
Xoắn
Không Tính
4
0.589
1.698
0.10 0.06 0.09 0.00
X
Không Tính
5
0.401
2.494
0.09 0.09 0.09 0.02
Y
Không Tính
6
0.302
3.311

0.02 0.00 0.04 0.06
Xoắn
Không Tính
7
0.239
4.184
0.01 0.08 0.01 0.08
Không Tính
8
0.188
5.319
0.00 0.01 0.01 0.02
Không Tính
9
0.166
6.024
0.05 0.02 0.07 0.00
Không Tính
10
0.132
7.576
0.00 0.00 0.01 0.01
Không Tính
11
0.109
9.174
0.00 0.03 0.00 0.04
Không Tính
12
0.100

10.000 0.00 0.01 0.01 0.00
Không Tính
- Bước 2: Công trình này được tính với 2 mode dao động. Tính toán thành phần động của
tải trọng theo mục 4.3 đến 4.9 TCXD 229:1999.
Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió khi chỉ kể đến ảnh hưởng của
xung vận tốc gió, có thứ nguyên là lực, xác định theo công thức:
WFj  Wζj S
j jν
(Công thức 4.6 TCXD 229:1999)
Giá trị 1 được lấy theo bảng 4 TCXD 229:1999, phụ thuộc vào 2 tham số  và . Tran
bảng 5, TCXD 229:1999 để có được 2 thông số này (mặt zOx), D và H được xác định như hình
sau (mặt màu đen là mặt đón gió):

Hình … Hệ tọa độ khi xác định hệ số không gian 
n

ψi 

�y
j1
n

ji

�y

WFj

2
ji

Mj

Xác định các hệ số:
(Công thức 4.5 TCXD 229:1999)
Với yji – Chuyển vị ngang tương đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao
động i, không thứ nguyên. Xác định từ Etabs.
- Bước 3: Xác định hệ số động lực (i) ứng với dạng dao động thứ 1 dựa vào hệ số (i) và
đường số 1, Hình 2, TCXD 229:1999.
j1


εi 

γW0

940fi (Công thức 4.3 TCXD 229:1999)
Ta có:
- Bước 4: Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng
của xung vận tốc gió:
tt
WγW
p(ji)  β

p(ji)

với  = 1.2 – hệ số tin cậy đối với tải trọng gió

 = 1 – hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng theo Bảng 6 TCXD
299:1999, lấy 50 năm.

 Kết quả tính toán gió động theo phương X
[Xem phụ lục
 Kết quả tính toán gió động theo phương Y
[Xem phụ lục


TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT:
Động đất được xem như là một trong những yêu cầu bắt buộc không thể thiếu và là yêu
cầu quan trọng nhất khi thiết kế các công trình cao tầng. Do đó, bất kỳ công trình xây dựng nào
ằnm ở phân vùng về động đất phải tính toán tải trọng động đất.
Theo TCVN 9386:2012, có 2 phương pháp tính toán tải trọng động đất là phương pháp
tĩnh lựuc ngang tương đương và phương pháp phân tích phổ dao động.
Với chu kỳ T1 = 2.397s không thỏa mãn yêu cầu phương pháp tĩnh lực ngang tương
4T  2.4s
�
T1 �� C
2s
�

đương với
(theo mục 4.3.3.2 TCVN 9386:2012).
Nền trong trường hợp này tải trọng động đất sẽ được tính toán theo phương pháp phân
tích phổ phản ứng dao động (theo mục 4.3.3.3 TCVN 9386:2012) kết hợp với phần mềm tính
toán Etabs.
Phổ phản ứng (theo phương ngang)
 Xác định loại đất nền:
Dựa vào hồ sơ địa chất có chỉ số N SPT vào khoảng 15-50  nền thuộc loại D (theo mục
3.1.2, Bảng 3.1, TCVN 9386:2012).
 Xác định tỉ số agR/g:
Gia tốc nề nứng với vị trí xây dựng công trình tại quận 9, TP. Hồ Chí Minh:

a gR  0.0747g  0.0747 �9.81  0.733 (m/s 2 )

 Xác định hệ số tầm quan trọng:
Hệ số tầm quan trọng I = 1 ứng với nhà cao tầng từ 9 thầng đến 19 tầng.
 Xác định hệ số ứng xử q của kết cấu bê tông cốt thép:
Hệ số ứng xử q là hệ số kể đến khả năng có thể tiêu tán năng lượng (tính dẻo) của kết cấu,
đối với hệ kết cấu hỗn hợp có vách cứng, đối xử theo hai phương lấy q = 3.9.
Bảng … Giá trị tham số mô tả phổ phán ứng đàn hồi:
Loại đất
S
TB (s) TC (s) TD (s)
nền
D
1.3
0.2
0.8
2.0
5
Phổ phản ứng đàn hồi Sd (T) của công trình được xác định qua các biểu thức sau:
�
�
2 T �2.5 2 �
0 �T �TB : Sd (T)  a gS �  �  �
�
3 TB �q 3 �
�
�
2.5
TB �T �TC : Sd (T)  a gS
q

2.5 TC
�
 a gS
�
�
q
T
TC �T �TD : Sd (T) �
�
�βa g
�


2.5 TC TD
�
 a gS
� 2
�
q
T
TD �T: Sd (T) �
�
�βa g
�


SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN:
Chọn sơ bộ chiều dày sàn:
Đặt hb là chiều dày bả. Chọn hb theo điều kiện chịu lực và thuận tiện cho thi công. Ngoài
ra cũng cần chọn hb ≥ hmin theo điều kiện sử dụng.

Tiêu chuẩn TCVN 5574 – 2012 quy định:
- hmin = 40mm đối với sàn mái.
- hmin = 50mm đối với sàn nhà ở và công trình công cộng.
- hmin = 60mm đối với sàn của nhà sản xuất.
- hmin = 70mm đối với bản làm từ bê tông nhẹ.
Để thuận tiện cho thi công thì hb nên chọn là bội số của 10mm.
Quan niệm tính toán: Xem sàn là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang. Sàn không bị
rung động, không bị dịch chuyển khi chịu tải trọng ngang. Chuyển vị tại mọi điểm trên sàn là như
nhau khi chịu tác động của tải trọng ngang.
Chọn chiều dày của sàn phụ thuốc vào nhịp và tải trọng tác dụng. có thể chọn chiều dày
bản sàn xác định sơ bộ theo công thức:
D
h b  l1
m
D = 0.8 ÷ 1.4: Phụ thuốc vào tải trọng, chọn D = 0.8
Với bản chịu uốn 1 phương có liên kết 2 cạnh song song lấy m = 30 ÷ 35
Với ô bản liên kết bốn cạnh, chịu uốn 2 phương m = 40 ÷ 50 và l 1 là nhịp theo phương
cạnh ngắn.

Chọn ô bản 2 phương có phương cạnh ngắn lớn nhất S2 8000×8500 (mm) để tính.
�0.8 0.8 � �0.8 0.8 �
h b �� � �
l1  � � �
�8000   128 �160  (mm)
�50 40 � �50 40 �
 Chọn hb = 150 (mm).
Chọn ô bản 1 phương có cạnh ngắn lớn nhất S11 5300×8000 (mm) để tính.
�0.8 0.8 � �0.8 0.8 �
h b �� � �
l1  � � �

�5300   121 �141 (mm)
�35 30 � �35 30 �
 Chọn hb = 150 (mm).
 Chọn bản sàn có chiều dày hb = 150 (mm)
Riêng ô sàn WC chon hb = 100 (mm)
Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm:
Dựa vào cuốn “Sổ tay thực hành kết cấu công trình” trang 151 ta được:
Bảng … Công thức sơ bộ kích thước dầm
KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN DẦM
Chiều cao h
Loại dầm
Nhịp L (m)
Một nhịp
Nhiều nhịp
Dầm phụ
≤ 6m
1
1
1
�
�
h� L
L
� � �
20
15 12 �
�

Chiều rộng b
�1 2 �

h
�� �
�3 3 �


�1 1 �
L
� ��
12 8 �
�
Chọn nhịp của dầm chính để tính L = 8.5m.
1
1
h � L  �8500  566.67 (mm)
15
15
- Dầm chính:
.

Dầm chính

≤ 10

1
h� L
15

1
1
h � L  �8500  425 (mm)

20
20
- Dầm phụ:
Chọn được kích thước sơ bộ dầm chính – dầm phụ:
- Dầm chính: 300×600mm; 400×600mm.
- Dầm phụ: 200×400mm.
VẬT LIỆU:
Vật liệu làm sàn dùng Bê tông B30 và Thép AII, AI.
Bê tông B30: Rb = 17000 (kN/m2); Rbt = 1200 (kN/m2); b = 1.
Thép AIII ( ≥ 10): Rs = Rsc = 365000 (kN/m2); Rsw = 290000 (kN/m2).
Thép AI ( ≤ 10): Rs = Rsc = 225000 (kN/m2); Rsw = 175000 (kN/m2).
K
TẢI TRỌNG:
Tĩnh tải do trọng lượng bản thân sàn:
Bảng … Tải trọng các lớp cấu tạo hoàn thiện sàn tầng điển hình
Tĩnh tải tiêu
Hệ số vượt
Tĩnh tải tính
Các lớp cấu tạo
chuẩn
tải
toán
(kN/m2)
(kN/m2)
Lớp Ceramic dày 1cm
0.2
1.1
0.22
Vữa lót dày 2cm
0.36

1.2
0.432
Sàn BTCT dày 15cm
3.75
1.1
4.125
Vữa trát dày 1.5cm
0.27
1.2
0.324
Tải treo đường ống
0.5
1.3
0.65
Tổng tải trọng
5.751
Bảng … Tải trọng các lớp cấu tạo hoàn thiện sàn nhà vệ sinh
Tĩnh tải tiêu
Hệ số vượt
Tĩnh tải tính
Các lớp cấu tạo
chuẩn
tải
toán
(kN/m2)
(kN/m2)
Lớp Ceramic dày 1cm
0.2
1.1
0.22

Vữa lót dày 2cm
0.36
1.2
0.432
Sàn BTCT dày 14.5cm
3.75
1.1
4.125
Lớp chống thấm 3cm
0.6
1.3
0.78
Vữa trát dày 1.5cm
0.27
1.2
0.324
Tải treo đường ống
0.5
1.3
0.65
Tổng tải trọng
6.531
Tĩnh tải tường xây:
Giả sử các tường đều có chiều cao 3.1m (chiều cao tầng là 3.7m và chiều cao dầm chính
là 0.6m), giá trị của tải tường dài 100mm và 200mm được cho trong bảng sau:


Các loại tường gạch

Bảng … Tĩnh tải xây tầng điển hình

Trị tiêu chuẩn
Trị tính toán
HSVT
2
(kN/m )
(kN/m2)
1.8
1.2
2.16
3.3
1.2
3.96
2
1.5kN/m sàn
1.2
1.8kN/m2 sàn

Tải phân bố
(kN/m)
6.7
12.3

Tường 10 gạch ống
Tường 20 gạch ống
Tải phân bố lên toàn sàn
Hoạt tải:
Hoạt tải được sử dụng tùy theo công năng sử dụng của từng ô sàn, tra TCVN 2737:1995:
Bảng … Bảng giá trị hoạt tải các loại phòng
Trị tiêu chuẩn
HSV

Trị tính toán
STT
Phòng chức năng
2
(kN/m )
T
(kN/m2)
1
Phòng làm việc(*)
2.5
1.3
3.25
2
Phòng WC
2
1.3
2.6
3
Hành lang
3
1.2
3.6
4
Mái bằng có sử dụng
1.5
1.3
1.95
5
Hầm đậu xe
5

1.2
6
6
Ban công, lô gia
2
1.2
2.6
(*): hoạt tải phòng làm việc có tính thêm khối lượng dự trữ (vách ngăn…) chọn bằng 0.5 (kN/m2)
NỘI LỰC TÍNH TOÁN:
Mô hình tính toán:
Sử dụng phần mềm SAFE version 12.3.2 để mô hình, phân tích chuyển vị đứng dầm sàn,
nội lực sàn và tính thép.


Hình … Mô hình dầm sàn tầng điển hình


Hình … Khai báo vật liệu


Kiểm quả nội lực:
Nội lực sau khi phân tích mô hình:

Hình … Momen theo phương X (M11)


Hình … Momen theo phương Y (M22)


Chia dải thiết kế:

Hình … Dải Strip theo phương X


Hình … Dải Strip theo phương Y


Hình … Nội lực dải Strip theo phương X


Hình … Nội lực dải Strip theo phương Y
Kiểm tra độ theo trạng thái giới hạn II:
Kiểm tra độ võng ngắn hạn:
Theo TCVN 5574:2012 thì độ võng của sàn kiểm tra theo điều kiện f < fgh.
Trong đó fgh là độ võng giới hạn được nêu trong bản C.1, phụ lục C, TCVN 5574:2012.


Khi nhịp 6m < L ≤ 12m thì fgh = L/250 = 8500/250 = 32 (mm)
 Độ võng ngắn hạn: CB-CV: 1TT + 1HT

Hình … Độ võng ngắn hạn.
fmax = 10.8mm < [f] = 32mm  Thỏa


 Độ võng dài hạn: CB f = f1 – f2 + f3 (TCVN 356:2005)
Trong đó:
- f1 = 1TT + 1HT (Cracked)
- f2 = 1TT + 0.3HT (Cracked)
- f3 = 1TT + 0.3HT (Long Term Cracked) với Cr = 1.6 (bê tông nặng và độ ẩm không khí
xung quanh cao hơn 75%) và Sh = 0 (bỏ qua co ngót) [Bảng 33, mục 7.4.2, TCVN 5574:2012]

Hình … Độ võng dài hạn.
fmax = 30.5mm < [f] = 32mm  Thỏa


TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CẦU THANG
CẤU TẠO CẦU THANG TẦNG ĐIỂN HÌNH:
KÍCH THƯỚC SƠ BỘ CẦU THANG:
Chiều cao tầng điển hình là 3.7m, có 21 bậc thang, câu thang 2 vễ, mỗi vế rộng 10 bậc.
Chiều cao mỗi bậc thang:
h
3700
hb  t 
 168.2 (mm)
22
22
 chọn hb = 170 (mm)
lb 

3300
 330 (mm)
10

Bề rộng bậc:
Góc nghiêng của bản thang với mặt phẳng nằm ngang:
h
170
tanα  b 
� cosα  0.889
lb 330

Chọn sơ bộ kích thước dầm kiềng D1 là 200×300
Chọn sơ bộ chiều dày bản thang và bản chiếu nghỉ hs = 120mm.
TẢI TRỌNG:
Tĩnh tải:
Bản thang nghiêng:
Bảng … Tĩnh tải bản thang nghiêng
gtc
gtt

Dày 
 td
STT Các lớp vật liệu
Hệ số vượt tải
3
2
(kN/m )
(m)
(m)
(kN/m )
(kN/m2)
1
Lớp đá hoa cương
24
0.02 0.0273
0.648
1.2
0.778
2
Vữa lót dày 2cm
18

0.02 0.0273
0.492
1.3
0.640
3
Bậc thang gạch
18
0.068
1.224
1.3
1.591
4
Bản bê tông
25
0.12
3
1.1
3.3
5
Lớp vữa trát
18
0.015
0.270
1.3
0.351
Tổng
5.634
6.65
Hoạt tải:
Hoạt tải được lấy theo TCVN 2737-1995 cho cầu thang là p tc = 3 (kN/m2), hệ số vượt tải

lấy bằng 1.2
SƠ ĐỒ TÍNH VÀ NỘI LỰC:
Chọn kiểu cầu thang bản 2 vễ. Dầm kích thước sơ bộ 300×400.
Quy bản thang về thành dạng tải phân bố đều. Cắt một dãy có bề rộng b = 1m.
hd
3
Xét tỷ số h s
thì liên kết giữa bản thang và dầm chiếu tới là liên kết khớp.
Bản thang nghiêng:
tc
tc
- q 2  b �q  1�(5.63  3)  8.63 (kN/m)
tt
tt
- q 2  b �q  1�(6.65  3 �1.2)  10.25 (kN/m)
Bản chiếu nghỉ (chiếu tới):


tc
tc
- q1  b �q  1�8.63 �0.889  7.67 (kN/m)
tt
tt
- q1  b �q  1�10.25 �0.889  9.11 (kN/m)
 Sử dụng Etabs để mô hình 2D suy ra sơ đồ tính và nội lực cầu thang:
Sơ đồ tính cầu thang:

Hình … Sơ đồ tính cầu thang

Hình … Tĩnh tải cấu tạo cầu thang

Hình … Hoạt tải cầu thang
- Nội lực vế 1:

Hình … Nội lực cầu thang
TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP:
Bảng … Thông số vật liệu cầu thang
m
14.
Chiều dày bản thang (h) 120
Rb
m
5
Chiều dày BT bảo vệ
m
15
1
b
(a)
m
m
ho
105
Rs 280
m
100
b
mm
0

MP
a

Mpa


Bảng … Tính toán cầu thang
Tiết diện

Momen M

kN.m
Nhịp
9.66
Gối
11.55
Hàm lượng cốt thép:

αm

As



mm2
0.060 0.062 339
0.072 0.075 408

μ min  0.05%  μ  μ max  ξ R

 (%)
0.32
0.39

As (chọn)

chọn (%)

mm2
10a150 523
10a150 523

0.5
0.5

γbR b
14.5
 0.595
�100  3.08%
Rs
280

 Kiểm tra độ võng của bản thang:
Theo TCVN 5574:2012 độ võng của bản thang được kiểm tra theo điều kiện f < fgh.
L
4.8
f gh 

 0.024 (m)

200 200
Nhịp bản thang L = 4.8m < 5m 
= 24 (mm)
Ta có độ võng của bản thang từ Etabs:

Hình … Độ võng của bản thang
Với độ võng f = 2.382mm < fgh = 24mm  Bản thang thỏa điều kiện độ võng.
THIẾT KẾ TÍNH TOÁN DẦM KIỀNG (DẦM CHIẾU TỚI):
Tải trọng:
Gồm tải trọng do bản thang, bản chiếu tới truyền vào và trọng lượng bản thân dầm: