Đồ án Trụ sở Hôi thánh tin lành miền nam

CHƯƠNG 1 KIẾN TRÚC-HỆ CHỊU LỰC SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐẦU TƯ Dùng làm nơi ở và làm việc của Hôi Thánh Tin Lành Miền Nam SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TRÌNH Mặt bằng công trình hình chữ nhật, có tổng diện tích: 1895.3m2 gồm 2 khu A va B(chỉ thiết kế khu A),công trình có tổng chiều cao: 40.8m,10 tầng lầu + mái. Tòan bộ bề mặt chính diện công trình được lắp các cửa sổ bằng nhôm để lấy ánh sáng xen kẽ với tường xây, các vách ngăn trong phòng bằng tường xây. GIẢI PHÁP MẶT BẰNG VÀ PHÂN KHU CHỨC NĂNG Số tầng10 tầng lầu Phân khu chức năng: công trình được phân khu chức năng từ dưới lên trên: . Tầng 1-2: văn phòng. Tầng 3-10: nơi ở và làm việc GIẢI PHÁP LƯU THÔNG ĐI LẠI Giao thông đứng: Tòan công trình sử dụng 1 thang máy và 1cầu thang bộ. Bề rông cầu thang bộ được thiết kế đảm bảo yêu cầu thóat người nhanh, an tòan khi có sự cố xảy ra. Thang máy và cầu thang bộ được đặt tại vị trí trung tâm nhằm đảm bảo khỏang cách xa nhất đến cầu thang <20m để giải quyết việc phòng cháy chữa cháy. Giao thông ngang: bao gồm các hành lang đi lại,sảnh,hiên. ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU – KHÍ TƯỢNG – THỦY VĂN TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, chia làm hai mùa rõ rệt là: mùa mưa và mùa khô. Các yếu tố khí tượng: Nhiệt độ trung bình trong năm là: 26oC. Nhiệt độ thấp nhất trung bình trong năm là: 22oC. Nhiệt độ cao nhất trung bình trong năm là: 30oC. Lượng mưa trung bình trong năm là: 1000-1800mm/năm. Độ ẩm tương đối trung bình là: 78%. Hướng gió chính thay đổi theo mùa: Mùa khô: từ Bắc chuyển dần sang Đông, Đông Nam và Nam. Mùa mưa: Tây Nam và Tây. Thủy triều tương đối ổn định, ít xảy ra những hiện tượng biến đổi về dòng nước, không có lụt lội chỉ có vùng ven hay xảy ra khi có mưa lớn. CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT 6.1. Điện Công trình được sử dụng điện được cung cấp từ hai nguồn: lưới điện thành phố và máy phát điện riêng được đặt để tránh gây tiếng ồn và độ rung ảnh hưởng đến sinh họat. Tòan bộ đường dây điện được đi ngầm ( đuợc tiến hành lắp đặt đồng thời khi thi công ). Hệ thống cấp điện chính đi trong các hộp kỹ thuật đặt ngầm trong tường và phải đảm bảo an tòan không đi qua các khu vực ẩm ướt, tạo điều kiện dễ dàng khi cần sửa chữa. Ở mỗi tầng đều có lắp đặt hệ thống an tòan điện: hệ thống ngắt điện tự động được bố trí theo tầng và theo khu vực ( đảm bảo an tòan phòng chống cháy nổ ). 6.2. Hệ Thống Cung Cấp Nước Công trình sử dụng nước từ hai nguồn: nước ngầm va nước máy; tất cả được chứa trong bể nước ngầm. Sau đó máy bơm sẽ đưa nước lên bể nước đặt ở mái và từ đó sẽ phân phối đi xuống các tầng lầucủa công trình theo các đường ống dẫn nước chính. Các đường ống ở các tầng đều được bọc trong hộp Gaine. Hệ thống cấp nước đi ngầm trong các hộp kỹ thuật. Các đường ống cứu hỏa chính được bố trí ở mỗi tầng. 6.3. Hệ Thống Thóat Nước Nước mưa từ mái sẽ được thóat theo các lỗ chảy ( bề mặt mái được tạo dốc ) và chảy vào các ống thóat nước mưa đi xuống dưới. Riêng hệ thống thóat nước thải sử dụng sẽ được bố trí đường ống riêng. 6.4. Hệ Thống Thông Gió, Chiếu Sáng, Phòng Cháy Chữa Cháy a. Thông gió: Ở các tầng đều có cửa sổ tạo sự thông thóang tự nhiên. Ở tầng lửng có khỏang trống thông tầng nhằm tạo sự thông thóang thêm cho tầng trệt là nơi có mật độ người tập trung cao nhất. Riêng tầng hầm có bố trí thêm các khe thông gió và chiếu sáng. b. Chiếu Sáng: Tòan bộ nhà được chiếu sang bằng ánh sang tự nhiên và bằng điện. Ở tại các lối đi lên xuống cầu thang, hành lang và nhất là tầng hầm đều có lắp đặt thêm đèn chiếu sáng. c. An Tòan Phòng Cháy Chữa Cháy: Ở mỗi tầng đều được bố trí một chỗ đặt thiết bị chữa cháy ( vòi chữa cháy dài khỏang 20m, bình xịt Co2…). Bể chứa nước trên mái, khi cần được huy động để tham gia chữa cháy. Ngòai ra, ở mỗi phòng đều có lắp đặt thiết bị báo cháy tự động. 7. HỆ THỐNG THÓAT RÁC Rác thải được chứa ở gian rác, có bộ phận đưa rác ra bên ngòai. Gaine rác được thiết kế kín đáo, tránh làm bốc mùi gây ô nhiễm. 8. XÁC ĐỊNH HỆ CHỊU LỰC 8.1. PHÂN TÍCH HỆ CHỊU LỰC 8.1.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA NHÀ CAO TẦNG “Ngôi nhà mà chiều cao của nó là yếu tố quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với ngôi nhà thông thường thì gọi là nhà cao tầng”. Đó là định nghĩa về nhà cao tầng do Ủy ban Nhà cao tầng Quốc tế đưa ra. Đặc trưng chủ yếu của nhà cao tầng là số tầng nhiều, độ cao lớn, trọng lượng nặng. Đa số nhà cao tầng lại có diện tích mặt bằng tương đối nhỏ hẹp nên các giải pháp nền móng cho nhà cao tầng là vấn đề được quan tâm hàng đầu. Tùy thuộc môi trường xung quanh, địa thế xây dựng, tí/nh kinh tế, khả năng thực hiện kỹ thuật,… mà lựa chọn một phương án thích hợp nhất. Ở Việt Nam, phần lớn diện tích xây dựng nằm trong khu vực đất yếu nên thường phải lựa chọn phương án móng sâu để chịu tải tốt nhất. Cụ thể ở đây là móng cọc. Tổng chiều cao của công trình lớn, do vậy ngoài tải trọng đứng lớn thì tác động của gió và động đất đến công trình cũng rất đáng kể. Do vậy, đối với các nhà cao hơn 40m thì phải xét đến thành phần động của tải trọng gió và cần để ý đến các biện pháp kháng chấn một khi chịu tác động của động đất. Kết hợp với giải pháp nền móng hợp lý và việc lựa chọn kích thước mặt bằng công trình (B và L) thích hợp thì sẽ góp phần lớn vào việc tăng tính ổn định, chống lật, chống trượt và độ bền của công trình. Khi thiết kế kết cấu nhà cao tầng, tải trọng ngang là yếu tố rất quan trọng, chiều cao công trình tăng, các nội lực và chuyển vị của công trình do tải trọng ngang gây ra cũng tăng lên nhanh chóng. Nếu chuyển vị ngang của công trình quá lớn sẽ làm tăng giá trị các nội lực, do độ lệch tâm của trọng lượng, làm các tường ngăn và các bộ phận trong công trình bị hư hại, gây cảm giác khó chịu, hoảng sợ, ảnh hưởng đến tâm lý của người sử dụng công trình. Vì vậy, kết cấu nhà cao tầng không chỉ đảm bảo đủ cường độ chịu lực, mà còn phải đảm bảo đủ độ cứng để chống lại các tải trọng ngang, sao cho dưới tác động của các tải trọng ngang, dao động và chuyển vị ngang của công trình không vượt quá giới hạn cho phép. Việc tạo ra hệ kết cấu để chịu các tải trọng này là vấn đề quan trọng trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng. Mặt khác, đặc điểm thi công nhà cao tầng là theo chiều cao, điều kiện thi công phức tạp, nguy hiểm. Do vậy, khi thiết kế biện pháp thi công phải tính toán kỹ, quá trình thi công phải nghiêm ngặt, đảm bảo độ chính xác cao, đảm bảo an toàn lao động và chất lượng công trình khi đưa vào sử dụng. Như vậy, khi tính toán và thiết kế công trình, đặc biệt là công trình nhà cao tầng thì việc phân tích lựa chọn kết cấu hợp lý cho công trình đóng vai trò vô cùng quan trọng. Nó không những ảnh hưởng đến độ bền, độ ổn định của công trình mà còn ảnh hưởng đến sự tiện nghi trong sử dụng và quyết định đến giá thành công trình. 8.1.2 HỆ CHỊU LỰC CHÍNH CỦA NHÀ CAO TẦNG Chung cư An Mỹ có chiều cao là 36.9m (so với mặt đất tự nhiên) gồm 11 tầng (1 hầm + 1 trệt + 8lầu + 1 tầng mái). Do đó việc lựa chọn hệ chịu lực hợp lý cho công trình là điều rất quan trọng. Dưới đây ta xem xét một số hệ chịu lực thường dùng cho nhà cao tầng: a) Hệ khung chịu lực Kết cấu khung bao gồm hệ thống cột và dầm vừa chịu tải trọng thẳng đứng vừa chịu tải trọng ngang. Cột và dầm trong hệ khung liên kết với nhau tại các nút khung, quan niệm là nút cứng. Hệ kết cấu khung được sử dụng hiệu quả cho các công trình có yêu cầu không gian lớn, bố trí nội thất linh hoạt, phù hợp với nhiều loại công trình. Yếu điểm của kết cấu khung là khả năng chịu cắt theo phương ngang kém. Ngoài ra, hệ thống dầm của kết cấu khung trong nhà cao tầng thường có chiều cao lớn nên ảnh hưởng đến công năng sử dụng của công trình và tăng độ cao của ngôi nhà, kết cấu khung bê tông cốt thép thích hợp cho ngôi nhà cao không quá 20 tầng. Vì vậy, kết cấu khung chịu lực không thể chọn để làm kết cấu chịu lực chính cho công trình này. b) Hệ tường chịu lực Trong hệ kết cấu này, các tấm tường phẳng, thẳng đứng là cấu kiện chịu lực chính của công trình. Dựa vào đó, bố trí các tấm tường chịu tải trọng đứng và làm gối tựa cho sàn, chia hệ tường thành các sơ đồ: tường dọc chịu lực; tường ngang chịu lực; tường ngang và dọc cùng chịu lực. Trường hợp tường chịu lực chỉ bố trí theo một phương, sự ổn định của công trình theo phương vuông góc được bảo đảm nhờ các vách cứng. Khi đó, vách cứng không những được thiết kế để chịu tải trọng ngang và cả tải trọng đứng. Số tầng có thể xây dựng được của hệ tường chịu lực đến 40 tầng. Tuy nhiên, việc dùng toàn bộ hệ tường để chịu tải trọng ngang và tải trọng đứng có một số hạn chế: . Gây tốn kém vật liệu; . Độ cứng của công trình quá lớn không cần thiết; . Thi công chậm; . Khó thay đổi công năng sử dụng khi có yêu cầu. c) Hệ khung - tường chịu lực Là một hệ hỗn hợp gồm hệ khung và các vách cứng, hai loại kết cấu này liên kết cứng với nhau bằng các sàn cứng, tạo thành một hệ không gian cùng nhau chịu lực. Khi các liên kết giữa cột và dầm là khớp, khung chỉ chịu một phần tải trọng đứng, tương ứng với diện tích truyền tải đến nó, còn toàn bộ tải trọng ngang do hệ tường chịu lực . Khi các cột liên kết cứng với dầm, khung cùng tham gia chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang với vách cứng, gọi là sơ đồ khung - giằng. Sàn cứng là một trong những kết cấu truyền lực quan trọng trong sơ đồ nhà cao tầng kiểu khung – giằng. Để đảm bảo ổn định của cột, khung và truyền được các tải trọng ngang khác nhau sang các hệ vách cứng, sàn phải thường xuyên làm việc trong mặt phẳng nằm ngang. Sự bù trừ các điểm mạnh và yếu của hai hệ kết cấu khung và vách như trên, đã tạo nên hệ kết cấu hỗn hợp khung – tường chịu lực những ưu điểm nổi bật, rất thích hợp cho các công trình nhiều tầng, số tầng hệ khung – tường chịu lực có thể chịu được lớn nhất lên đến 50 tầng. 8.1.3. SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU Qua xem xét, phân tích các hệ chịu lực như đã nêu trên và dựa vào các đặc điểm của công trình như giải pháp kiến trúc, ta có một số nhận định sau đây để lựa chọn hệ kết cấu chịu lực chính cho công trình như sau: - Do công trình được xây dựng trên địa bàn Tp. Hồ Chí Minh là vùng hầu như không xảy ra động đất, nên không xét đến ảnh hưởng của động đất, mà chỉ xét đến ảnh hưởng của gió bão. chiều cao công trình <45m nên không cần tính đến ảnh hưởng của gió động tác dụng đến công trình - Do vậy, trong đồ án này ngoài các bộ phận tất yếu của công trình như: cầu thang, hồ nước..., hệ chịu lực chính của công trình được chọn là khung – tường chịu lực, vì hệ này có những ưu điểm như trên, phù hợp với qui mô công trình, và sơ đồ này có thể cho phép giảm kích thước cột tối đa trong phạm vi cho phép. - Sàn cứng còn có khả năng phân phối lại nội lực trong hệ vách cứng. Do đó, phải lựa chọn các phương án sàn sao cho công trình kinh tế nhất, ổn định nhất, và mỹ quan nhất… Trong đồ án này chọn 2 phương án sàn để thiết kế: Phương án sàn sườn có hệ dầm trực giao, (vì diện tích các ô sàn lớn) Kết luận: Hệ chịu lực chính của công trình là hệ gồm có sàn sườn và khung . 8.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỘI LỰC Hiện nay trên thế giới có ba trường phái tính toán hệ chịu lực nhà nhiều tầng thể hiện theo ba mô hình như sau Mô hình liên tục thuần túy : Giải trực tiếp phương trình vi phân bậc cao, chủ yếu là dựa vào lý thuyết vỏ, xem toàn bộ hệ chịu lực là hệ chịu lực siêu tĩnh. Khi giải quyết theo mô hình này, không thể giải quyết được hệ có nhiều ẩn. Đó chính là giới hạn của mô hình này. Tuy nhiên, mô hình này chính là cha đẻ của các phương pháp tính toán hiện nay. Mô hình rời rạc (Phương pháp phần tử hữu hạn): Rời rạc hoá toàn bộ hệ chịu lực của nhà nhiều tầng, tại những liên kết xác lập những điều kiện tương thích về lực và chuyển vị. Khi sử dụng mô hình này cùng với sự trợ giúp của máy tính có thể giải quyết được tất cả các bài toán. Hiện nay ta có các phần mềm trợ giúp cho việc giải quyết các bài toán kết cấu như STAADPRO, FEAP, ETABS, SAP2000... Mô hình Rời rạc - Liên tục : Từng hệ chịu lực được xem là Rời rạc , nhưng các hệ chịu lực này sẽ liên kết lại với nhau thông qua các liên kết trượt (lỗ cửa, mạch lắp ghép , ... ) xem là liên tục phân bố liên tục theo chiều cao . Khi giải quyết bài toán này ta thường chuyển hệ phương trình vi phân thành hệ phương trình tuyến tính bằng phương pháp sai phân. Từ đó giải các ma trận và tìm nội lực . Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) : Trong phương pháp phần tử hữu hạn vật thể thực liên tục được thay thế bằng một số hữu hạn các phần tử rời rạc có hình dạng đơn giản, có kích thước càng nhỏ càng tốt nhưng hữu hạn, chúng được nối với nhau bằng một số điểm quy định được gọi là nút. Các vật thể này vẫn được giữ nguyên là các vật thể liên tục trong phạm vi của mỗi phần tử, nhưng có hình dạng đơn giản và kích thước bé nên cho phép nghiên cứu dễ dàng hơn dựa trên cơ sở quy luật về sự phân bố chuyển vị và nội lực (chẳng hạn các quan hệ được xác lập trong lý thuyết đàn hồi). Các đặc trưng cơ bản của mỗi phần tử được xác định và mô tả dưới dạng các ma trận độ cứng ( hoặc ma trận độ mềm) của phần tử. Các ma trận này được dùng để ghép các phần tử lại thành một mô hình rời rạc hóa của kết cấu thực cũng dưới dạng một ma trận độ cứng (hoặc ma trận độ mềm) của cả kết cấu. Các tác động ngoài gây ra nội lực và chuyển vị của kết cấu được quy đổi về các thành các ứng lực tại các nút và được mô tả trong ma trận tải trọng nút tương đương. Các ẩn số cần tìm là các chuyển vị nút (hoặc nội lực) tại các điểm nút được xác định trong ma trận chuyển vị nút (hoặc ma trận nội lực nút). Các ma trận độ cứng, ma trận tải trọng nút và ma trận chuyển vị nút được liên hệ với nhau trong phương trình cân bằng theo quy luật tuyến tính hay phi tuyến tùy theo ứng xử thật của kết cấu. Sau khi giải hệ phương trình tìm được các ẩn số, người ta có thể tiếp tục xác định được các trường ứng suất, biến dạng của kết cấu theo các quy luật đã được nghiên cứu trong 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 hợp với 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 trọng nút, 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 chung của cả kết cấu. Dựa vào điều kiện biên và ma trận độ cứng của kết cấu để khử dạng suy biến của nó. 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. Thật toán tổng quát trên được sử dụng cho hầu hết các bài toán phân tích kết cấu: phân tích tĩnh, phân tích động và tính toán ổn định kết cấu. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển và thuận lợi của máy vi tính, ta có rất nhiều chương trình tính toán khác nhau, với các quan niệm tính toán và sơ đồ tính khác nhau. Trong nội dung của đồ án tốt nghiệp này với sự trợ giúp của phần mềm SAP 2000 vesion 10.0.1, ETABS vesion 9.14, SAFE 8.0.8, ADAPT-PT version 8.00 để xác định nội lực của hệ kết cấu. Đôi nét về phần mềm SAP2000: SAP (Structural Analysis Program) là chương trình phân tích thiết kế kết cấu chịu tác động của tải trọng: tĩnh di động, động lực học, ổn định công trình, nhiệt độ, động đất..., với giả thuyết kết cấu có biến dạng nhỏ (tuyến tính) hoặc có biến dạng lớn (phi tuyến). Sap được khởi thảo từ năm 1970 của một nhóm các nhà khoa học do giáo sư Edward L.Winlson chủ trì thực hiện tại Trường đại học Berkley bang California. Hệ thống Sap đã qua nhiều thế hệ, từ các chương trình SAP, SOLID SAP, SAPIII và SAPIV – chạy trên các máy tính điện tử thế hệ cũ có trước những năm 80 và sau đó là SAP80, SAP86, SAP90 và sau cùng là SAP2000 chạy trên WINDOWS. SAP2000 là một đột phá của họ phần mềm SAP do hãng CSI đưa ra vào cuối những năm 90 đầu năm 2000. Đôi nét về phần mềm ETABS: là phần mềm rất mạnh để tính toán kết cấu nhà cao tầng, cũng như SAP phần mềm ETABS do hãng CSI đưa ra vào những năm 80 được phát triển từ TABS. Cũng dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn nhưng ETABS có đặc điểm nổi trội hơn so với SAP là có thể mô hình nhà cao tầng một cách dễ dàng nhờ tính năng “similar” , có thể phân biệt dầm, sàn, cột, vách cứng làm điều này giảm thời gian mô hình và thiết kế kết cấu.