GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM

CHƯƠNG 2 : KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

q qd q Max
PHẦN 2

KẾT CẤU
(70%)

SVTH:PHÙNG QUANG TRƯỜNG - MSSV:X061665

-1-


GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM

CHƯƠNG 2 : KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG 2

KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

SVTH:PHÙNG QUANG TRƯỜNG - MSSV:X061665

-2-


GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM

I.

a. Tổng quan
SVTH:PHÙNG QUANG TRƯỜNG - MSSV:X061665

-3-


GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM

CHƯƠNG 2 : KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Đây là những bộ phận kết cấu chịu lực quan trọng nhất của công trình, có ảnh
hưởng lớn đến việc lực chọn các giải pháp kết cấu cho toàn bộ công trình. Vai trỏ của hệ
kết cấu thẳng đứng :

- Là gối tựa nâng đỡ và tiếp nhận tải trọng từ hệ kết cấu ngang ( dầm, sàn ) và cùng với
dầm, sàn tạo thành những khung cứng, tạo không gian sử dụng bên trong công trình.

- Là bộ phận trực tiếp tiếp nhận tải trọng từ hệ dầm, sàn và truyền xuống móng công trình.
- Là bộ phận tiếp nhận chính tải trọng ngang tác động vào công trình, phân phối vào từng
cấu kiện cột, vách và truyền xuống móng.

- Đóng vai trò quan trọng trong việc giữ ổn định tổng thể công trình, hạn chế sự dao động
của công trình, quyết định dạng dao động của công trình khi chịu tải trọng ngang.
Trong thực tế hiện nay, bộ phận kết cấu thẳng đứng cho kết cấu nhà cao tầng gồm
những loại cấu kiện sau :

- Cột : là cấu kiện đứng phổ biến và điển hình nhất. Xuất hiện trong hệ kết cấu thuần
khung, kết cấu khung kết hợp.

- Vách cứng chịu lực : là kết cấi chịu lực được sử dụng ngày càng nhiều trong kết cấu nhà

Bên cạnh đó, do tính tương thích khi làm việc của cột và hệ sàn phẳng, lõi khá
phức tạp do sự chênh lệch khá lớn về độ cứng nên phải tính toán và kiểm tra kỹ lưỡng.

3. HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC NẰM NGANG ( DẦM - SÀN )
a.

Tổng quan
Lựa chọn giải pháp kết cấu nằm ngang tựu chung lại là lựa chọn phương án sàn

cho công trình. Đó có thể là hệ sàn sườn ( sàn liên kết tuyến trên hệ dầm sàn và dầm
khung, dầm liên kết với cột, vách và lõi với nhau cùng làm việc để truyền tải trọng thẳng
đứng xuống móng ). Ngoải ra còn có kết cầu sàn phẳng, không dầm, sàn liên kết điểm
trực tiếp lên cột, vách và lõi. Khi đó sàn thay dầm đóng vai trò liên kết cột, vách và või
làm việc với nhau.
Điểm khác biệt cơ bản của 2 phương án sàn trên là ở tính chất làm việc chịu lực
của sàn.

- Sàn sườn : bản sàn được tính toán chủ yếu là cấu kiện chịu uốn.
- Sàn phẳng : bên cạnh sự làm việc chịu uốn, sàn phẳng còn là cấu kiện chịu nén khi chịu
tải trọng ngang, đặc biệt là sàn liên kết với vách và lõi. Bên cạnh đó còn phải đảm bảo
khả năng chống cắt tại vị trí đầu cột cho sàn. Do đó tính toán sàn phẳng tương đối phức
tạp.
Lựa chọn phương án sàn là bước lựa chọn vô cùng quan trọng, bởi nó quyết định
lớn đến sự làm việc hợp lý và tính kinh tế cho công trình. Theo thống kê, khối lượng bê
tông trong sàn chiếm khoảng 30 ÷ 40 % tổng khối lượng bê tông công trình đồng thời
tải trọng bản thân sàn là tải trọng tĩnh chính tác động lên khung. Thi công sàn cũng khá
phức tạp, vì vậy cần cân nhắc các giải pháp sàn để tìm ra giải pháp tối ưu phù hợp với
yêu cầu và đặc điểm công trình. Ta xem xét 1 số phương án sàn phổ biến sau :

 Hệ sàn sườn

 Không đòi hỏi hệ cột bên trong công trình, vượt nhịp lớn vào tạo không gian rộng rãi.
 Chiều dày sàn bé.
 Có tính thẩm mỹ.
- Nhược điểm :
 Hệ dầm thi công qua phức tạp, tốn kém.
 Hệ dầm chiếm không gian theo phương đứng lớn, ảnh hưởng chiều cao sử dụng.
 Hệ sàn phẳng không dầm
Là sàn có liên kết điểm với cột hoặc liên kết trực tiếp vào vách, lõi cứng , có thể
bố trí thêm hệ dầm biên theo chu vi công trình. Tùy vào điều kiện tải trọng, nhịp làm
việc và yêu cầu kiến trúc mà có thể bố trí mũ cột hoặc drop panel tại vị trí đầu cột.

- Ưu điểm :
SVTH:PHÙNG QUANG TRƯỜNG - MSSV:X061665

-6-


GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM

CHƯƠNG 2 : KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

 Giảm đáng kể không gian chiều cao tầng nhà do không tốn không gian cho dầm. Từ đó
giảm chiều cao toàn công trình, giảm tác dụng của tải trọng ngang.

 Có tính thẩm mỹ cao, thông thoáng và lấy sáng tốt.
 Thuận tiện khi bố trí trần kỹ thuật.
 Linh hoạt trong phân chia không gian bên dưới.
 Thi công nhanh vì không tốn thời gian cho cốp pha và cốt thép dầm, bố trí thép trong sàn
trở nên đơn giản hơn.


SVTH:PHÙNG QUANG TRƯỜNG - MSSV:X061665

-7-


GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM

CHƯƠNG 2 : KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Kết cấu chịu lực chính của công trình là khung kết hợp lõi cứng. Cột và vách
đóng vai trò chịu tải trọng chính. Hệ sàn đóng vai trò liên kết các cấu kiện thẳng đứng và
truyền tải trọng ngang trong khung.
Vì chiều cao tầng hạn chế : Ht = 3.3 m, với yêu cầu sử dụng là nhà ở, yếu tố thông
thoáng chiếu sàng và rộng rãi, tiện nghi được đặt trên hàng đầu, đồng thời đảm bảo
không gian cho hệ thống trần kỹ thuật, ta chọn hệ kết cấu sàn phẳng với hệ dầm biên
( bao quanh chu vi công trình ) để giảm chiều cao hệ sàn ( chiều dày sàn lớn hơn nhưng
không có hệ thống dầm ).
Hệ sàn này đặt trên hệ dầm biên, hệ lõi cứng và 2 cột giữa, kết hợp với lõi cứng
tạo thành hệ chịu lực ngang khá tốt. Bên cạnh đó, sàn phẳng khá ưu việt trong việc bố trí
hệ tường ngăn, vách ngăn bên dưới rất linh hoạt, phù hợp cho công trình chung cư.
Trong thự tế, công trình đã đi vào thi công và phương án sàn thiết kế cũng là sàn
không dầm.

II.

LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU PHẦN NGẦM

1. PHƯƠNG ÁN MÓNG
Với công trình nhà cao tầng , với điều kiện địa chất trung bình, giải pháp móng
nông trên nền tự nhiên hoặc nền qua gia cố là không khả thi. Móng sâu ( mọc cọc ) là

- Cọc xi măng đất.
3. LỰA CHỌN
Với công trình được xây dựng trên 1 lớp địa chất yếu bên trên, các phương án lựa
chọn như sau :

 Giải pháp móng : tính toán và so sánh phương án móng cọc ép và cọc khoan nhồi. Sau
đó chọn 1 phương án móng để tiến hành thi công.

 Thi công tầng hầm tùy vào phương án thi công, địa chất, quy mô công trình và đặc điểm
điều kiện thi công mà có thể sử dụng phương án đào taluy hoặc sử dụng cừ lasen.

III.

LỰA CHỌN VẬT LIỆU

1.

TỔNG QUAN
Kết cấu nhà cao tầng hiện nay có nhiều sự lựa chọn vật liệu : từ những vật liệu
phổ biến và phổ thông như bê tông cốt thép, thép, vật liệu composite, các hợp kim nhẹ
khác... Riêng tại Việt Nam, ngoài những công trình mang tính biểu tượng biểu trưng, cần
đòi hỏi những yêu cầu đặc biệt về kiến trúc, hầu hết các công trình cao tầng hiện nay và
trong tương lai gần sắp tới thì bê tông cốt thép vẫn luôn là sự lựa chọn hàng đầu bởi tính
thông dụng, những đặc điểm tốt của bê tông về chịu lực, chống ăn mòn, vật liệu phổ
biến…và khả năng thi công tương đối hoàn thiện của các đơn vị thi công. Vật liệu thép
trong nhà cao tầng còn hạn chế và rất ít do nhiều nguyên nhân trong đó phải kể đến là sự
khan hiếm của nguồn vật liệu, ít đơn vị có khả năng thi công cũng như kinh nghiệm thiết
kế đủ khả năng.
Trên thực tế, công trình Charm Plaza hiện tại đang đi vào triển khai cũng lựa chọn
giải pháp là kết cấu bê tông cốt thép.

để bê tông được tăng cường độ theo thời gian : γb2= 1 ( lấy cho Rb và Rbt ).

- Bê tông đóng rắn tự nhiên được dưỡng hộ và đóng rắn trong môi trường không đảm bảo
độ ẩm để bê tông được tăng cường độ theo thời gian ( môi trường khô ) : γ b2= 0.9 ( lấy
cho Rb và Rbt ).

- Bê tông được đổ theo phương đứng mỗi lớp dày trên 1.5 m : : γb3= 0.85 ( lấy cho Rb ).
- Bê tông cột được đổ theo phương đứng, cạnh lớn của cột bé hơn 30cm: : γb5= 0.85 ( lấy
cho Rb ).
Các hệ số này được lấy tích số nếu chúng xảy ra đồng thời nhưng tích của chúng
không bé hơn 0.45.
Số liệu tra từ bảng 15 TCXDVN 365 : 2005.

b. Cốt thép :
 Mác thép và giá trị cường độ :
 Thép gân đường kính 12mm trở lên.
SVTH:PHÙNG QUANG TRƯỜNG - MSSV:X061665

-10-


GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM

CHƯƠNG 2 : KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

- Cốt thép AIII.
- Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn : R sn = Rs,ser ( cường độ tính toán khi tính theo trạng thái
giới hạn thứ 2 ) : 390 MPa.

- Cường độ chịu kéo tính toán : Rs : 365 MPa.

Fc =

 k : hệ số tăng tiết diện kể đến ảnh hưởng của Momen trong cột. k = (1.1 ÷ 1.5 ).
SVTH:PHÙNG QUANG TRƯỜNG - MSSV:X061665

-11-


GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM

CHƯƠNG 2 : KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

 ns : số sàn trên cột cần tính ( kể cả sàn mái và mái).
 qs : tải trọng phân bố tính toán ước lượng trên sàn.
 Fs : diện truyền tải lên đỉnh cột.
 Rb : cường độ bê tông chịu nén.
- Sơ đồ diện truyền tải từ sàn vào cột và lõi.
54000
9000

9000

25500

9000

- Có diện tích cần thiết ta chọn kích thước cột. Vì công trình có chiều dài 2 phương chênh
lệch nhau nên để đảm bảo độ cứng theo 2 phương tương đương nhau. Chọn tỉ số giữa h/b
cho cột : 1.5.


Sau khi tính được Fc ta kiểm tra lại lực dọc tại chân cột bằng cách công thêm khối lượng
cột vào bảng tính toán chi tiết bên dưới, đây cũng sẽ là lực dọc có giá trị gần sát với lực
dọc tính ra bởi phần mềm Etabs.

- Tải trọng quy về đầu cột :
Ptts = Fs*14*Qtts = Fs * 25.2 (T).

 Bảng tính toán sơ bộ tiết diện cột, (hệ số γb2 = 0.85).
Tầng hầm

k

Fs
m2

Ptts
(T)

Tiết diện cột

Cột

C1
C2
C3

1.5
1.2
1.1


19.125
19.125
19.125
19.125

S30
TTHT
TTTS

Fs
m2
38.25
38.25
38.25

n
14
13
10
14
14
14
14

0.3*14*2.5*1.1*Fs
0.12*Fs*n
0.3*Fs*n
(0.6 + 0.48 + 0.36 + 0.195*11)*Fs
0.8*0.4*2.5*1.1*8.75*n
(1.76 + 1.5 + 2.0 + 1.25*10 + 0.5 )*8.75



GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM

2.

HT
D
TTTD
C

38.25
38.25
38.25
38.25

S30
TTHT
TTTS
HT
D
TTTD
C

Fs
m2
76.5
76.5
76.5
76.5

(1.76 + 1.5 + 2.0 + 1.25*10 + 0.5 )*8.5
0.8*1.1*2.5*1.1*46.6

137.12
110.88
138.56
70
965
P
(T)
746.83
119.36
153
274.30
104.72
130.90
113
1643

VÁCH - LÕI

- Lõi cứng là 1 tổ hợp nhiều vách cứng liên kết với nhau theo 2 phương khác nhau, được
tính toán tương tự vách cứng - cấu kiện chịu nén lệch tâm ( chịu tải thẳng đứng và tải
trọng ngang ).

- Bề dày vách chọn theo TCVN 198 : 1997 tính toán nhà cao tầng :
 Fv = 1.5/100*Fs , với Fv là diện tích mặt cắt vách cứng, Fs : diện tích 1 sàn trên vách
cứng.
→ Lv*hv = 1.5/100*27*25.5 với Lv = 40 (m).
→ hv = 0.26 (m). Chọn hv = 300 (mm).

- Lựa chọn sơ bộ chiều dày sàn phẳng theo TC Mỹ ACI, lựa chọn này dựa trên yêu cầu về
biến dạng của sàn khi chịu tải trọng đứng và đồng thời đảm bảo khả năng chống chọc
thủng của sàn tại vị trí cột.

CHIỀU DÀY TỐI THIỂU CỦA SÀN PHẲNG
Sàn phẳng không Drop Panel

Thép
Rs (kG/cm2)

Ô sàn biên có dầm biên

Ô sàn giữa

2800
4200

1/36*ln
1/33*ln

1/36*ln
1/33*ln

- Phần mềm Safe V12 cũng có cách lựa chọn chiều dày sàn với hệ số tương tự.
- Chọn chiều dày sàn :
 Nhịp ln = 9m → chiều dày sàn tối thiểu : hsmin= 1/36*ln = 250 (mm).
 Kết hợp với thiết kế và thi công thực tế của công trình đã thực hiện, chọn chiều dày sàn
δs = 30 (cm), S30.

 Chiều dày sàn thiết kế : hs = 300 mm, S30.

C60x90

V30

V30

C60x90

C80x110

C60x90
C50x80

C50x80

MẶT BẰNG KẾT CẤU

V.

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

- Ngày nay, nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự phát triển mạnh của các
công cụ, phần mềm tính toán kết cấu, việc giải quyết bài toán nội lực trong thiết kế trở
nên dễ dàng, chính xác và nhanh chóng hơn. Điều này cũng là sự đáp ứng cho nhu cầu
phát triển của lĩnh vực xây dựng, khi mà độ phức tạp của các mô hình cần tính toán ngày
càng tăng, đòi hỏi sự mô phỏng và cơ chế giải quyết vấn đề càng sát thực tế càng tốt, đó
là cơ sở để các chương trình tính toán kết cấu ngày càng được phát triển và sử dụng rộng
rãi.

- Bên cạnh đó, các phương pháp tính toán kết cấu bằng tay là rất cần thiết. Nắm vững

 Mô hình liên tục : giải trực tiếp phương trình vi phân bậc cao, chủ yếu dựa trên lý thuyết
tấm vỏ. Phương pháp này phản ánh tốt nhất sự làm việc của kết cấu nhưng khối lượng
tính toán rất lớn và phức tạp và không thể giải quyết các bài toán lớn.

 Mô hình rời rạc : rời rạc hóa toàn bộ hệ kết cấu chịu lực cả công trình thành những phần
tử cơ bản ( thanh, tấm, khối ). Mỗi phần tử được xác định bởi các nút và liên kết với
nhau tại các nút. Mỗi phần tử được mang một phương trình nội suy nội lực, chuyển vị
riêng. Các chuyển vị nút được xác định trước tiên dựa vào kết quả giải được của những
hệ phương trình cực lớn.Sau đó, giá trị nội lực, chuyển vị tại các vị trí bất kỳ trên mỗi
phần tử được xác định thông qua các phương trình nội suy đặc trưng của mỗi loại phần
tử đã đề cập ở trên.

 Mô hình rời rạc liên tục : rời rạc hóa từng hệ chịu lực, liên kết các hệ chịu lực này thông
qua các liên kết trượt xem là phân bố liên tục theo chiều cao. Giải quyết các 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.

- Trong 3 phương pháp trên, phương pháp phần tử hữu hạn trên mô hình rời rạc được sử
dụng phổ biến hiện nay. Xem xét nội dung cơ bản nhất của phương pháp này như sau :

 Phân tích phần tử hữu hạn là giải quyết kết cấu phức tạp bất kỳ chịu tải bất kỳ bằng cách
chia các hình dạng phức tạp thành những hình dạng đơn giản và nhỏ hơn.

 Hình dạng mỗi phần tử được định nghĩa bởi các nút của nó.
 Phản ứng của mỗi phần tử được xác định dựa vào bậc tự do thể hiện ở các nút.
 Ứng xử của toàn bộ hệ kết cấu được xác định bằng cách ghép toàn bộ các phần tử nhỏ
vào một phương trình với bậc tự do của mỗi điểm là chưa xác định. Những phương trình
này được giải bằng kỹ thuật ma trận.
SVTH:PHÙNG QUANG TRƯỜNG - MSSV:X061665


bền, độ cứng, độ ổn định của kết cấu và toàn công trình. Với kết cấu nhà cao tầng, kết
cấu cần được tính toán để đảm bảo không vượt quá các trạng thái giới hạn :

 Trạng thái giới hạn thứ nhất ( trạng thái giới hạn về độ bền ) : đảm bảo trạng thái giới
hạn thứ nhất là đảm bảo kết cấu không bị phá hoại, không mất ổn định khi chịu lực.

 Trạng thái giới hạn thứ hai ( trạng thái giới hạn về độ cứng, về điều kiện làm việc bình
thường ) : đảm bảo trạng thái giới hạn thứ hai là đảm bảo kết cấu không bị phát sinh khe
nứt lớn, không biến dạng quá mức, không rung động quá mức cho phép được quy định rõ
trong TCXDVN.

- Bên cạnh đó, kết cấu nhà cao tầng còn quan tâm đến tính toán đảm bảo ổn định tổng thể
công trình dưới tác dụng của các loại tải trọng động.

- Trong nội dung đồ án, những nhiệm vụ thiết kế cơ bản mà sinh viên thực hiện gồm
 Thiết kế sàn tầng điển hình.
 Thiết kế cấu kiện cầu thang
 Thiết kế cấu kiện bể nước.
 Thiết kế khung.
SVTH:PHÙNG QUANG TRƯỜNG - MSSV:X061665

-18-


GVHD : THẦY ĐINH HOÀNG NAM

CHƯƠNG 2 : KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

 Thiết kế phần móng : lựa chọn, tính toán kiểm tra SCT cọc ép, SCT cọc khoan nhồi, tính
toán đài cọc, tính lún.