Việc giảm hoạt tải khi tính toán thiết kế xây dựng, đặc biệt khi thiết kế móng cọc nhà cao tầng cho phép đạt được bài toán kinh tế, tối ưu hoá tối đa thiết kế kết cấu. Các tiêu chuẩn thiết kế hiện đều có các điều khoản cho phép giảm hoạt tải đối với nhà dân dụng. Bản chất của việc chấp nhận giảm hoạt tải do kể đến tính không đồng thời chất đầy của hoạt tải (đồ đạc, người sử dụng...) trên tất cả các sàn, các tầng trong thực tế sử dụng so với mô hình tính toán. Bài viết sau đây trình bày ứng dụng thực tế từ TCVN 2737:1995 để giảm hoạt tải trong các trường hợp thường gặp khi thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng.
Tiêu chuẩn
Bảng 3 của tiêu chuẩn cho giá trị toàn phần (tiêu chuẩn) của hoạt tải sử dụng tuỳ theo công năng của loại phòng lên ô sàn khác nhau, đây là giá trị thường dùng để nhập vào sơ đồ tính toán của công trình. Các kỹ sư thiết kế thường sơ đồ hoá hoạt tải là dạng phân bố đều trên toàn bộ các ô sàn.
Điều 4.3.4.1 của tiêu chuẩn cho phép giảm hoạt tải toàn phần khi tính toán các ô bản sàn, dầm (trên từng sàn) bằng cách nhân với hệ số giảm hoạt tải như sau:
- Với các công năng : Nhà ở, căn hộ (phòng ngủ, phòng ăn, phòng khách, phòng vệ sinh, phòng tắm, phòng bida, bếp, phòng giặt), Văn phòng (cơ quan, trường học, bệnh viện, ngân hàng, phòng thí nghiệm, cơ sở nghiên cứu khoa học), Phòng kỹ thuật (phòng nồi hơi boiler, phòng động cơ và quạt... kể cả trọng lượng máy); gọi là các phòng loại 1. Hệ số giảm hoạt tải là $\psi_{A1}$ xác định theo: $$\psi_{A1}=0,4+\frac{0,6}{\sqrt{A/{A_1}}},A>A_1=9m^2$$
- Với các công năng của công trình công cộng đông người: Phòng đọc sách thư viện, Nhà hàng, Gian hàng trung tâm thương mại, triển lãm, Phòng họp, khiêu vũ, phòng đợi, phòng khán giả, phòng hoà nhạc, khán đài, thể thao; Các phòng làm kho; Các khu vực Nhà xưởng; Ban công, Lôgia; gọi là các phòng loại 2. Hệ số giảm hoạt tải là $\psi_{A2}$ xác định theo: $$\psi_{A2}=0,5+\frac{0,5}{\sqrt{A/{A_1}}},A>A_2=36m^2$$
Trong đó $A(m^2)$ là diện tích chịu tải, là diện truyền tải về cấu kiện tương ứng đang xét.
Khi xác định lực dọc để tính cột, vách và móng chịu tải trọng từ 2 sàn trở lên, do xét đến không chất đều hoạt tải lên tất cả các tầng, cho phép giảm hoạt tải bằng cách nhân với các hệ số giảm hoạt tải như sau:
- Với các phòng loại 1, hệ số giảm hoạt tải là $\psi_{n1}$ xác định theo: $$\psi_{n1}=0,4+\frac{\psi_{A1}-0,4}{\sqrt{n}}$$
- Với các phòng loại 2, hệ số giảm hoạt tải là $\psi_{n2}$ xác định theo: $$\psi_{n2}=0,5+\frac{\psi_{A1}-0,5}{\sqrt{n}}$$
Trong đó $n$ là số sàn truyền tải về cấu kiện đang xét trên diện truyền tải đang xét. Kỹ sư thiết kế cần chú ý xác định moment uốn trong cột, vách cần xét giảm tải theo các hệ số $\psi_A$ như trên ở các dầm gối lên cột, vách đó.
Thực hành
Trong thực tế, do số lượng lớn các cấu kiện và số tầng , khối lượng phải tính toán đối với các diện truyền tải cho mỗi cấu kiện là rất lớn. Một cách thực hành có thể áp dụng khi mô hình công trình từ phần mềm thiết kế kết cấu (ETABS, SAP...) là tạo bảng tính Excel tính toán các giá trị $\psi_A,\psi_n$ theo các công thức của tiêu chuẩn như trên cho từng cấu kiện cột, móng. Xuất kết quả "Tributary Area and LLRF" của một cột đang xét từ tất cả các tầng trong mô hình ETABS (với móng là chân cột tầng dưới cùng) như sau:
Cột LLRF chính là hệ số giảm hoạt tải (Live Load Reduction Factor) tính toán theo tiêu chuẩn nước ngoài tích hợp vào phần mềm, do ta tính theo TCVN nên tạm lờ đi cột này mà chỉ lấy giá trị cột "Tributary Area" chính là diện truyền tải về cấu kiện cột đang xét theo từng tầng. ETABS xuất giá trị này theo dạng cộng dồn từng tầng từ trên xuống dưới nên để thu được giá trị $A$ để tính theo TCVN cần trừ giá trị tầng đang xét cho tầng trên nó. Sau khi chuyển các giá trị từ bảng trên vào bảng tính Excel để tính hệ số giảm hoạt tải theo TCVN ta thu được kết quả như sau:
Có thể thấy cùng một cột C1, khi càng xuống các tầng dưới, giá trị hệ số giảm hoạt tải $\psi_n$ càng giảm dần do số tầng truyền tải về cột tăng lên và đạt giá trị nhỏ nhất tại mặt móng.
🎁bảng tính Excel thuận tiện cho thực hành thiết kế xây dựng tại đây.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét