Đồ án Thiết kế chung cư Phước Bình TP Hồ Chí Minh

CHƯƠNG 4 TÍNH TẢI TRỌNG GIÓ 4.1. Khái quát Khi tính toán thiết kế nhà cao tầng, chúng ta cần quan tâm đến tải trọng gió, tác động vào công trình. Chiều cao phần chính của công trình (ngang cao trình sân thượng) là 41.3m lớn hơn 40m, do đó gió tác dụng vào công trình gồm 2 thành phần : gió tĩnh và gió động. Việc tính toán gió động được tính theo TCXD 229:1999. Công trình có tỉ số chiều cao và chiều rộng là H/B = 41.3/14.8 = 2.8 < 8 nên không cần xem xét và kiểm tra tính mất ổn định khí động của công trình. Để xác định được độ lớn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên công trình, cũng như phản ứng của công trình thì ta cần tiến hành các bước sau: Trình tự tính toán Xác định sơ bộ tiết diện dầm, cột. Xác định tải trọng để tính chu kỳ và tần số dao động của công trình Xác định chu kỳ và tần số dao động của công trình, trong đồ án này sử dụng phần mềm Etabs. Kiểm tra lại chu kỳ dao động do chương trình xuất ra. Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió. Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió Mặt bằng tầng 1 đến 11: Mặt bằng tầng trệt: 4.2. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện khung: 4.2.1. Chọn tiết diện dầm hình chữ nhật Chọn dầm có tiết diện 20x40cm cho tất cả các loại dầm. 4.2.2 Cột Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột theo diện truyền tải của tải trọng tác dụng và theo khả năng chịu lực của BTCT. Tải trọng tác dụng vào cột: Do Tải trọng từ sàn truyền xuống:(T) qs=tải trọng tính toán tác dụng lên sàn si= diện tích truyền tải từ sàn vào cột. Do trọng lượng bản thân dầm dọc (ngang): Do tường xây trên dầm trong Si: . Do trọng lượng bản thân cột truyền vào: . Tổng lực dọc tác dụng lên chân cột của 1 tầng bất kỳ: n:số tầng nhà. Ngoài ra còn moment trong gió : Diện tích tiết diện cột(xem cột nén đúng tâm): Rn: cường độ chịu nén của bê tông (dùng bêtông Mac 300 có Rn=130) Trong thực tế tính toán vì xác định kích thước sơ bộ nên thường bỏ qua gc. Tính cột biên trục 1: Tính cột 1A:(1A=1F=12A=12F) Tải trọng tác dụng vào cột gồm: Do trọng lượng bản thân dầm: Do tường xây trên dầm trong Si: Do Tải trọng từ sàn truyền xuống: Tổng tải trọng tác dụng vào cột 1A: Với n là số tầng nhà: k = 1.2 – 1.5 :hệ số kể tới tải trọng ngang Diện tích tiết diện cột (xem cột nén đúng tâm): Tính cột 1B:(1B=1E=12B=12E) Tải trọng tác dụng vào cột gồm: Do trọng lượng bản thân dầm: Do tường xây trên dầm trong Si: Do Tải trọng từ sàn truyền xuống: Tổng tải trọng tác dụng vào cột 1A: Với n là số tầng nhà: k = 1.2 – 1.5 :hệ số kể tới tải trọng ngang Diện tích tiết diện cột (xem cột nén đúng tâm): Tính cột 1C:(1C=1D=12C=12D) Tải trọng tác dụng vào cột gồm: Do trọng lượng bản thân dầm: Do tường xây trên dầm trong Si: Do Tải trọng từ sàn truyền xuống: Tổng tải trọng tác dụng vào cột 1A: Với n là số tầng nhà: k = 1.2 – 1.5 :hệ số kể tới tải trọng ngang Diện tích tiết diện cột (xem cột nén đúng tâm): Tính cột 3F:( cột 3F=6F=10A=7A) Do trọng lượng bản thân dầm: Do tường xây trên dầm trong Si: = Do Tải trọng từ sàn truyền xuống: Tổng tải trọng tác dụng vào cột 1A: Với n là số tầng nhà: k = 1.2 – 1.5 :hệ số kể tới tải trọng ngang Diện tích tiết diện cột (xem cột nén đúng tâm): Tính cột trục 2 Tính cột 2 A Tải trọng tác dụng vào cột gồm: Do trọng lượng bản thân dầm: Do tường xây trên dầm trong Si: Do Tải trọng từ sàn truyền xuống: Tổng tải trọng tác dụng vào cột 1A: Với n là số tầng nhà: k = 1.2 – 1.5 :hệ số kể tới tải trọng ngang Diện tích tiết diện cột (xem cột nén đúng tâm): Tính cột 2 B Tải trọng tác dụng vào cột gồm: Do trọng lượng bản thân dầm: Do tường xây trên dầm trong Si: Do Tải trọng từ sàn truyền xuống: Tổng tải trọng tác dụng vào cột 1A: Với n là số tầng nhà: k = 1.2 – 1.5 :hệ số kể tới tải trọng ngang Diện tích tiết diện cột (xem cột nén đúng tâm): Tính cột 2 C Tải trọng tác dụng vào cột gồm: Do trọng lượng bản thân dầm: Do tường xây trên dầm trong Si: Do Tải trọng từ sàn truyền xuống: Tổng tải trọng tác dụng vào cột 1A: Với n là số tầng nhà: k = 1.2 – 1.5 :hệ số kể tới tải trọng ngang Diện tích tiết diện cột (xem cột nén đúng tâm): Bảng chọn sơ bộ kích thước cột Tầng 1,2,3,4 5,6,7,8 9,10,11,12 Kích thước (cm) 40x40 30x30 30x20 4.3. Xác định giá trị tải trọng tác dụng lên khung: Tải trọng tác dụng lên khung gồm tĩnh tải và hoạt tải Tải trọng sàn: STT Tĩnh Tải Hoạt Tải Ô KN/m2 KN/m2 1 3.91 3.90 2 3.91 3.90 3 3.91 3.90 4 8.01 1.95 5 3.91 1.95 6 3.91 1.95 7 8.01 1.95 8 3.91 3.90 9 3.91 3.90 10 3.91 1.95 11 3.91 1.95 12 3.91 1.95 13 3.91 3.90 14 3.91 3.90 15 3.91 1.95 Quan niệm các sàn truyền tải vào dầm theo các diện truyền tải hình thang và tam giác. Sau khi đã qui đổi ta thu được giá trị tải trọng tác dụng lên dầm cho tầng điển hình như sau: Tải trọng sàn phân bố lên dầm Tải trọng tường phân bố lên dầm: Trọng lượng riêng của tường lấy bằng gt = 18 kN/m3 Tường dày 20cm, chiều cao tường 3m, tải phân bố: qt = 1.1 ´ 0.2 ´ 3 ´ 18 =11.88 kN/m Tường dày 10cm, chiều cao tường 3m, tải phân bố: qt = 1.1 ´ 0.1 ´ 3 ´ 18 = 5.94kN/m Tại vị trí tường có chừa lỗ cửa: qttđ = 0.8 ´ 11.88 = 9.504 kN/m( đối với tường dày 20cm) qttđ = 0.8 ´ 5.94 = 4.752 kN/m( đối với tường dày 10cm) Tải trọng cầu thang: Tổng tĩnh tải tác dụng vào cầu thang Theo chương 3 ta có: G = tải trọng chiếu nghĩ + tải trọng bản thang. G = 4.692 + 7.453 = 12.145 (KN/m2) Tải trọng tác dụng do hồ nước mái: Tải trọng do hồ nước mái tác dụng vào khung dưới dạng lực tập trung. Xem sáu cột đỡ hồ nước bị ngàm tại mặt sàn tầng mái. Lực truyền vào cột khung tại vị trí mỗi đầu ngàm là: N =139.45 KN (đã tính ở phần hồ nước mái). 4.4. Xác định thành phần gió tĩnh tác dụng vào công trình: Gió đẩy (phía đón gió của công trình ). Cường độ gió đẩy được xác định theo công thức: (kg/m) Theo TCVN 2737-1995: WO = 83(Kg/m2) = 0.83(KN/m2) đối với địa hình IIA. (công trình thuộc thành phố HCM) K: hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình. Hệ số khí động : Phía đón gió: C=+0.8 Phía khuất gió: C=-0.6 H (kN) n: hệ số tin cậy(n=1.2) H: chiều cao của các tầng. B bề rộng đón gió của khung đang xét. Tải trọng gió tiêu chuẩn tác dụng vào nhà. Tầng Chiều cao tầng m Cao trình z m k W0 KN/m2 c Wtc KN/m2 Trệt 1.5 1.5 0.9010 0.083 1.4 1.256 1 3.9 5.4 1.0779 0.083 1.4 1.436 2 3.4 8.8 1.1542 0.083 1.4 1.568 3 3.4 12.2 1.2082 0.083 1.4 1.654 4 3.4 15.6 1.2505 0.083 1.4 1.719 5 3.4 19 1.2855 0.083 1.4 1.772 6 3.4 22.4 1.3155 0.083 1.4 1.817 7 3.4 25.8 1.3418 0.083 1.4 1.855 8 3.4 29.2 1.3652 0.083 1.4 1.890 9 3.4 32.6 1.3864 0.083 1.4 1.921 10 3.4 36 1.4058 0.083 1.4 1.949 11 3.4 39.4 1.4237 0.083 1.4 1.974 12 3.4 42.8 1.4403 0.083 1.4 1.998 4.5. Xác định thành phần gió động tác dụng vào công trình: Các giá trị chu kỳ T (Period), tần số giao động f (Frequency), được xác định từ việc mô hình tính toán trên Etabs.Với tổ hợp tĩnh tải+0.5 hoạt tải chất đầy * Tạo mô hình không gian cho công trình; * Khai báo vật liệu, sử dụng bê tông M300 cho cột, dầm Eb = 2.9x106 (T/m2 ), Hình 5.1: Khai báo vật liệu * Khai báo tải trọng Vào DefineStatic load cases Hình 5.2: khai báo tải trọng * Khai báo nguồn tải khối lượng Vào DefineMass source Hình 5.3: khai báo nguồn tải trọng * Tính toán dao động. Khai báo AnalyzeSet Analysis Option Dynamic -AnalysisSet Danamic Parameters Hình 5.3: khai báo mode dao động * Save Run: giải bài toán Hình 5.4: mô hình không gian bài toán tính dao động Kết quả phân tích BẢNG XÁC ĐỊNH TẦN SỐ F VÀ CHU KỲ T Ta có các tần số dao động riêng f1=0.50623; f2=0.52395; f3=0.54542; thỏa điều kiện f3< fL=1.3< f4=1.5208 Với fL là giá trị giới hạn của tần số dao động riêng, tra bảng 2/trang 7 (cuốn “Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió”, TCXD 229-1999), với nhà dân dụng và công nghiệp d=0.3 ® fL=1.3 (Hz). Nên việc xác định thành phần động của tải trọng gió phải cần kể đến ảnh hưởng của 3 dạng dao động đầu tiên . Nhận xét: công trình thuộc nhà nhiều tầng có mặt bằng đối xứng, khối lượng và bề mặt đón gió không đổi theo chiều cao có .Cho phép xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần động của áp lực gió ở độ cao Z theo công thức: (*) Trong đó: - áp lực, có đơn vị tính toán phù hợp với đơn vị tính toán của WpH : giá trị tiêu chuẩn thành phần động của áp lực gió ở độ cao H của đỉnh công trình. Xác định -hệ số động lực ứng với dạng dao động cơ bản của công trình (tức ứng với tần số tần số fx và fy xác định theo hình 2 và điều 4.5 TCXD 229-1999). Giá trị x phụ thuộc vào thông số ei và độ giảm lôga của dao động. Với f1 = 0.50623 ® Tra bảng ta có x1 = 1.75 Với f2 = 0.52395 ® Tra bảng ta có x2 = 1.70 Xác định : Trong đó: n: hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió (lấy theo bảng 4.5 TCXD 229-1999). Được xác định phụ thuộc vào tham số và dạng dao động.với mặt phẳng tọa độ cơ bản song song với bề mặt tính toán ZOX ta có : bề rộng nhà. =H= chiều cao nhà. Từ bảng 4 và 5 ta có : Theo phương X: D=17.1;H=41.3m n1 (X) = 0.74; Theo phương Y: D=39.1;H=41.3m n2 (Y) = 0.67; Xác định z j : hệ số áp lực động của tải trọng ở độ cao z ứng với phần thứ j của công trình . Tra bảng 3 trong quyển “TCXD 229 :1999”. Với địa hình C (là địa hình b ị che chắn mạnh, có nhiều vật cản). ứng với đỉnh công trình: Z=41.3mzj (z)=0.561. Vậy thế vào phương trình (*) ta có kết quả như bảng sau: BẢNG GIÁ TRỊ GIÓ ĐỘNG VÀ GIÓ TĨNH Tầng Z m Ht m zj(z) Wj(z) KN/m2 Wfz(x) KN/m2 Wfz(y) KN/m2 Trệt 1.5 1.5 0.754 1.256 0.0739 0.0648 Lầu 1 3.9 3.9 0.754 1.436 0.192 0.1686 Lầu 2 7.3 3.4 0.722 1.568 0.3594 0.3155 Lầu 3 10.7 3.4 0.68 1.654 0.5268 0.4625 Lầu 4 14.1 3.4 0.658 1.719 0.6942 0.6094 Lầu 5 17.5 3.4 0.637 1.772 0.8617 0.7564 Lầu 6 20.9 3.4 0.618 1.817 1.0291 0.9033 Lầu 7 24.3 3.4 0.608 1.855 1.1965 1.0503 Lầu 8 27.7 3.4 0.598 1.890 1.3639 1.1972 Lầu 9 31.1 3.4 0.589 1.921 1.5313 1.3442 Lầu 10 34.5 3.4 0.579 1.949 1.6987 1.4911 Lầu 11 37.9 3.4 0.569 1.974 1.8661 1.6381 Sân thượng 41.3 3.4 0.561 1.998 2.0335 1.785 Tổng áp lực gió tĩnh và động: Wtx(z) và Wty(z) Đặt: BẢNG GIÁ TRỊ GIÓ PHÂN BỐ THEO DIỆN TÍCH (GIÓ ĐỘNG+GIÓ TĨNH) Tầng Z m a(z) m b(z) m Wj(z) KN/m2 Wtx(z) KN/m2 Wty(z) KN/m2 Trệt 1.5 0.059 0.052 1.256 1.330 1.321 Lầu 1 3.9 0.134 0.117 1.436 1.628 1.605 Lầu 2 7.3 0.229 0.201 1.568 1.927 1.883 Lầu 3 10.7 0.319 0.280 1.654 2.181 2.117 Lầu 4 14.1 0.404 0.354 1.719 2.413 2.329 Lầu 5 17.5 0.486 0.427 1.772 2.634 2.528 Lầu 6 20.9 0.566 0.497 1.817 2.846 2.720 Lầu 7 24.3 0.645 0.566 1.855 3.052 2.906 Lầu 8 27.7 0.722 0.634 1.890 3.254 3.087 Lầu 9 31.1 0.797 0.700 1.921 3.452 3.265 Lầu 10 34.5 0.872 0.765 1.949 3.647 3.440 Lầu 11 37.9 0.945 0.830 1.974 3.841 3.613 Sân thượng 41.3 1.018 0.893 1.998 4.032 3.783 Đưa tải về tải tập trung và phân phối về tâm cứng: Aùp lực gió tính được Wtx,Wty, nhân với diện nhận tải của từng tầng =ht*L(Lx,Ly) Sau khi tính được tải tập trung của áp lực gió, gán vào công trình (chương trình ETABS tự phân bố về từng cột của khung). BẢNG GIÁ TRỊ GIÓ PHÂN BỐ THEO TẢI TẬP TRUNG (GIÓ ĐỘNG+GIÓ TĨNH) Tầng Ht m Lx m Ly m Wtx(z) KN/m2 Wty(z) KN/m2 Wtx(z) KN/m2 Wty(z) KN/m2 Trệt 1.5 39.1 17.1 1.33 1.32 140.42 16.94 Lầu 1 3.9 39.1 17.1 1.63 1.60 232.36 74.09 Lầu 2 3.4 39.1 17.1 1.93 1.88 256.21 117.55 Lầu 3 3.4 39.1 17.1 2.18 2.12 289.93 123.05 Lầu 4 3.4 39.1 17.1 2.41 2.33 320.84 135.39 Lầu 5 3.4 39.1 17.1 2.63 2.53 350.12 147.00 Lầu 6 3.4 39.1 17.1 2.85 2.72 378.30 158.13 Lầu 7 3.4 39.1 17.1 3.05 2.91 405.71 168.93 Lầu 8 3.4 39.1 17.1 3.25 3.09 432.52 179.47 Lầu 9 3.4 39.1 17.1 3.45 3.26 458.88 189.81 Lầu 10 3.4 39.1 17.1 3.65 3.44 484.88 199.99 Lầu 11 3.4 39.1 17.1 3.84 3.61 510.56 210.03 Sân thượng 3.4 39.1 17.1 4.03 3.78 268.00 219.96