KẾT cấu CÔNG TRÌNH 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG TIỂU LUẬN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH 050003006 Đề Bài: Tìm hiểu giải pháp kết cấu cho cơng trình chịu tải trọng động đất Phân tích đánh giá giải pháp ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng GVND: Thầy Đỗ Huy Thạc SVTH: Trần Minh Anh Lớp: KT18/A3 Mssv: 18510101013 MỤC LỤC I Tìm hiểu phân cấp, phân loại cơng trình xây dựng để thiết kế cơng trình chịu động đất (theo TCVN 9386:2012) Có loại cơng trình xây dựng Có cấp cơng trình xây dựng Khi cơng trình sử dụng giải pháp kháng chấn 3 II Có giải pháp kết cấu cho cơng trình chịu tải trọng động đất Phân tích đánh giá giải pháp ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng Dạng 1: Cơng trình cấp IV cấp III ( từ tầng trở xuống) Hệ thống kết cấu tường chịu lực a Tường ngang chịu lực b Tường dọc chịu lực c Tường ngang tường dọc chịu lực Hệ thống kết cấu khung chịu lực a Khung chịu lực hoàn toàn (khung trọn) b Khung chịu lực khơng hồn tồn (khung khuyết) Hệ thống kết cấu khơng gian * Dạng 2: Cơng trình cấp đặc biệt cấp I, II (từ tầng trở lên) Tải trọng cơng trình gì? Thế Cơng trình chịu tải trọng động đất? Ngun nhân dẫn đến động đất tác động đến cơng trình Các giải pháp kết cấu cho cơng trình chịu tải trọng động đất a Giải pháp kết cấu khung b Giải pháp kết cấu lõi cứng - vách cứng c Giải pháp kết cấu khung - vách cứng (khung - giằng) d Hệ thống kết cấu ống - lõi Giải pháp thiết kế kháng chấn cho cơng trình a Giải pháp cách chấn b Giải pháp giảm chấn 4 6 10 11 11 12 14 15 16 18 20 23 24 26 I Tìm hiểu phân cấp, phân loại cơng trình xây dựng để thiết kế cơng trình chịu động đất (theo TCVN 9386:2012) Có loại cơng trình xây dựng Có cấp cơng trình xây dựng Theo quy định pháp luật hành cơng trình xây dựng sản phẩm tạo thành sức lao động người, vật liệu xây dựng, thiết bị lắp đặt vào cơng trình, liên kết định vị với đất, bao gồm phần mặt đất, xây dựng theo thiết kế Nhà cơng trình phân thành mức độ quan trọng, phụ thuộc vào hậu sụp đổ tới sinh mạng người, vào mức độ quan trọng chúng an tồn cơng cộng, vào việc bảo vệ dân sau xảy động đất vào hậu kinh tế - xã hội gây sụp đổ Trong đó: + Loại cơng trình xây dựng xác định theo công sử dùng gồm: • Các cơng trình dân dụng • Các cơng trình cơng nghiệp • Các cơng trình giao thơng • Các cơng trình nơng nghiệp phát triển nơng thơn • Các cơng trình hạ tầng kỹ thuật • Các cơng trình quốc phịng, an ninh + Cấp cơng trình xác định theo loại cơng trình vào quy mơ, mục đích, tầm quan trọng, thời hạn sử dụng, vật liệu xây dựng yêu cầu kỹ thuật xây dựng cơng trình • Cơng trình xây dựng cấp đặc biệt (> 100 năm - TDTS ≥ 15.000m2 - H ≥ 30 tầng) • Cơng trình xây dựng cấp I (> 100 năm - 10.000m2 ≤ TDTS < 15.000m2 - 20 tầng ≤ H ≤ 29 tầng) • Cơng trình xây dựng cấp II (50-100 năm - 5.000m2 ≤ TDTS < 10.000m2 - tầng ≤ H ≤ 19 tầng) • Cơng trình xây dựng cấp III (20 - 50 năm - 1.000m2 ≤ TDTS < 5.000m2 - tầng ≤ H ≤ tầng) • Cơng trình xây dựng cấp IV (dưới năm - TDTS < 1.000m2 - H ≤ tầng) • Và cấp khác theo quy định Chính phủ Khi cơng trình sử dụng giải pháp kháng chấn Theo TCVN 9386:2012 quy định trường hợp cần thiết khơng cần thiết phải tính tốn kháng chấn cho cơng trình thơng qua hai tiêu chí đánh giá, mức độ quan trọng gia tốc thiết kế + Theo Phụ lục E TCVN 9386:2012 quy định mức độ hệ số tầm quan trọng cơng trình, cơng trình có mức độ quan trọng cấp IV khơng phải tính toán kháng chấn + Theo Phụ lục F TCVN 9386:2012 có phân cấp mức độ quan trọng cơng trình theo quy mơ, theo cơng trình nhà (chung cư nhà độc lập) bé tầng có diện tích sử dụng bé 1.000 m2 thuộc vào cấp IV tức thiết kế kháng chấn + Gia tốc thiết kế mục 3.2.1(4) 3.2.1(5) TCVN 9386:2012 quy định trường hợp khơng phải tính tốn kháng chấn II Có giải pháp kết cấu cho cơng trình chịu tải trọng động đất Phân tích đánh giá giải pháp ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng Cơng trình chịu tải trọng động đất chia thành dạng: + Dạng 1: Cơng trình cấp IV cấp III ( từ tầng trở xuống) + Dạng 2: Công trình cấp đặc biệt cấp I, II (từ tầng trở lên) * Dạng 1: Cơng trình cấp IV cấp III ( từ tầng trở xuống) Đặc điểm dạng cơng trình này, trừ loại cơng trình cơng cộng có khơng gian lớn hội trường, rạp hát, nhà ăn, cịn cơng trình khác khơng gian tương đối nhỏ, chiều rộng gian nhà từ 3-6m, bề dầy nhà từ 12-15m thường từ 8-9m, nhà khơng cao lắm, thường dùng tường chịu lực chủ yếu Khi nhà cao tầng nơi đất yếu thường dùng khung bê tông cốt thép Hệ thống kết cấu chịu lực loại cơng trình thường có loại: • Hệ thống kết cấu tường chịu lực • Hệ thống kết cấu khung chịu lực • Hệ thống kết cấu khơng gian Hệ thống kết cấu tường chịu lực • Kết cấu tường chịu lực loại kết cấu mà toàn tải trọng sàn (lực dọc thẳng đứng + lực ngang) truyền xuống móng thơng qua kết cấu tường chịu lực • Đặc điểm: sơ đồ kết cấu tường chịu lực giống hộp, tường thành đứng, sàn thành nằm ngang Độ cứng không gian kết cấu tường chịu lực kết cấu khung chịu lực, ổn định cơng trình phụ thuộc vào thân tường, độ cứng sàn độ cứng mối liên kết tường sàn • Cấu tạo: tường xây chịu lực thường làm vật liệu gạch, đất sét nhung thay vặt liệu khác tính chất tốt ( vật liệu đá, có làm tường đúc bê-tơng cốt thép lắp ghép) Bề dầy tối thiểu tường chịu 200mm dùng loại gạch có khả chịu nén lớn 50kg/cm2 • Muốn tăng khả chịu lực cho tường gạch tường xây dài thì: tăng thêm bổ trụ sườn đứng bê-tơng cốt thép cách khoảng ≤ 3m, tường cao bố trí giằng bê-tơng cốt thép cách khoảng ≤ 2.7m • Phạm vi ứng dụng: áp dụng cho nhà có khơng gian nhỏ, sồ tầng khơng q tầng tải trọng nhẹ • Dựa vào chức năng, kết cấu tường chịu lực chia làm loại: + Tường ngang chịu lực + Tường dọc chịu lực + Tường ngang dọc chịu lực a Tường ngang chịu lực • Tường ngang chịu lực kết cấu nhà xây dựng tường chịu lực bố trí theo phương ngang • Chức tường ngang chịu lực tường ngang chịu lực có nhiệm vụ ngăn cách phịng chịu tồn tải trọng từ nhiều phận khác truyền vào, sau đưa tồn tải trọng xuống kết cấu móng Khi tường ngang đóng vai trị chịu lực tường dọc cịn chức tường bao che • Ưu điểm: + Độ cứng ngang nhà lớn + Kết cấu đơn giản, dầm, sàn gác nhịp nhỏ, thi cơng dễ dàng + Trong nhà có mái dốc, tường ngang thường dùng tường thu hồi làm kết cấu chịu lực + Tường ngăn phịng tương đối dày nên cách âm tốt + Vì tường dọc bao che chịu tải trọng thân nên cửa sổ mở lớn giúp thơng gió, chiếu sáng tự nhiên tốt + Cấu tạo ban công, lơ gia dễ dàng + Chống gió bão tốt • Nhược điểm: + Bố trí khơng gian phịng bị đơn điệu, cứng nhắc, phịng thường bố trí khác phải làm nhiều loại panen + Tường ngang dày nhiều nên tốn vật liệu, chiếm diện tích tăng tải trọng móng + Khả chịu lực tường dọc chưa tận dụng • Phạm vi ứng dụng: Kết cấu tường ngang chịu lực thường áp dụng cho nhà có phịng đồng chiều rộng gian nhỏ (không gian rộng khơng q 4.2m) b Tường dọc chịu lực • Tường dọc chịu lực loại kết cấu nhà dân dụng mà tường chịu lực bố trí theo phương dọc • Chú ý sử dụng kết cấu tường dọc chịu lực: + Phải đảm bảo độ cứng ngang cho nhà cách sử dụng giằng tường + Đối với nhà tầng trở lên, lợi dụng tường chịu lực cầu thang, khoảng 20m nên làm tường ngang nối liền tường dọc với + Muốn tiết kiệm vật liệu tận dụng không gian thay tường dọc bên thành hàng cột gác dầm hay giằng liên kết • Ưu điểm: + Tiết kiệm vật liệu diện tích xây dựng tường móng + Bố trí mặt không gian bên linh hoạt, không bị hạn chế panen + Diện tích tường ngang nhỏ, tận dụng khả chịu lực tường + Cấu tạo ban cơng, văng dễ dàng • Nhược điểm: + Tường ngăn phòng tươg đối mỏng, khả cách âm + Không tận dụng tường ngang làm tường thu hồi, thay vào phải dùng kèo, bán kèo hay dầm nghiêng + Do tường dọc chịu lực nên cửa sổ mở hạn chế dẫn đến việc thơng gió chiếu sáng + Độ cứng ngang nhà nhỏ, khó tạo logia cho phịng, khó tổ hợp mặt đứng • Phạm vi ứng dụng: Tường dọc chịu lực sử dụng thi công nhà muốn tận dụng tường chu vi, nhà có khơng gian nơng nhà cần bố trí linh hoạt trường học, bệnh viện c Tường ngang tường dọc chịu lực • Tường ngang tường dọc chịu lực loại kết cấu nhà dân dụng mà tường chịu lực bố trí theo phương ngang phương dọc nhà Trong đó, phía đầu gió sử dụng kết cấu tường ngang chịu lực, phía cuối gió sử ụng kết cấu tường dọc chịu lực cho phòng bêp, nhà vệ sinh, cầu thang, nhà kho, • Ưu điểm: + Bố trí phịng linh hoạt + Tạo độ cứng tổng thể lớn • Nhược điểm: + Lãng phí tường, móng diện tích • Phạm vi ứng dụng + Sơ đồ thường gặp nhà cao tầng + Cần ý đến độ cứng ngang sàn phần tường dọc chịu lực lắp ghép, giải qiueets cách đoạn có cấu tạo giằng ngang + Lồi sườn tường chịu lực không áp dụng cho tường xây gạch mà cịn tường bê-tơng, bê-tơng cốt thép cấu tạo tồn khối lắp ghép (nhà panen hay block) Hệ thống kết cấu khung chịu lực • Kết cấu khung chịu lực loại kết cấu chịu lực nhà dân dụng tất loại tải trọng ngang đứng truyền qua dầm xuống cột Các dầm, giằng cột kết hợp với thành hệ không gian vững cứng, liên kết dầm cột thường loại liên kết cứng • Vật liệu cấu tạo khung chủ yếu bê-tông cốt thép hay gỗ Chỉ nhà cao từ 15 tầng trở lên hay phân xưởng sản xuất có yêu cầu đặc biệt khung chịu lực làm thép nhơm • Ưu điểm: + Các dầm, giằng cột kết hợp với tạo thành hệ khung không gian vững gọi liên kết cứng + Có độ cứng khơng gian lớn, ổn định chịu lực chấn động kết cấu tường chịu lực + Tiết kiệm vật liệu, trọng lượng nhà nhỏ, hình thức kiến trúc nhẹ nhàng, tiết kiệm khơng gian, bố trí phịng linh hoạt, động • Nhược điểm: + Thi cơng phức tạp + Giá thành khung đắt • Phạm vi ứng dựng: + Áp dụng cho nhà cao tầng từ 7-8 tầng trở lên, nhà công cộng cơng nghiệp tầng cần khơng gian rộng, khơng gian to nhỏ khác cần bố trí xen kẽ + Các cơng trình chịu tải trọng động tải trọng tĩnh lớn nhà máy, nhà kho hay cần vượt độ lớn • Khung chịu lực làm kiểu tồn khối lắp ghép, dựa vào điều kiện làm việc dầm khung chia khung chịu lực làm loại: + Khung chịu lực hoàn tồn (khung trọn): có loại nhỏ khung chịu lực ngang khung chịu lực dọc + Khung chịu lực khơng hồn tồn (khung khuyết) a Khung chịu lực hồn tồn (khung trọn) • • • • Khung chịu lực hoàn toàn kết cấu chịu lực chủ yếu sử dụng dầm cột, tường đơn kết cấu bao che(tường tự treo, tường tự mang) Cấu tạo khung chịu lực hoàn toàn: + Vật liệu cấu tạo khung chịu lực hoàn toàn thường làm bê tông cốt thép hay gỗ + Khi nhà có kết cấu khung chịu lực hồn tồn (khung trọn) tường có nhiệm vụ ngăn, bao che, chúng thường dùng vật liệu rỗng, nhẹ, ổn định, độ bền khơng địi hỏi lớn Khuyết điểm phạm vi ứng dụng: Trừ kết cấu khung chịu lực hoàn toàn gỗ, kết cấu khung chịu lực bê tông cốt thép hay thép dùng nhà dân dụng bình thường, chủ yếu áp dụng cho nhà cơng cộng tịa nhà cao tầng tốn nhiều xi măng sắt thép Tùy theo điều kiện dầm khung mà chia thành loại: + Khung ngang chịu lực + Khung dọc chiu lực * Khung ngang chịu lực • Kết cấu khung ngang chịu lực loại khung mà dầm nằm khung ngang ngơi nhà • Cấu tạo: Nhịp, độ kết cấu khung ngang nhà dân dụng thường có kích thước từ 6-9m, bước khung nhà bê tơng cốt thép phổ biến từ 3.6-6m • Ưu điểm phạm vi ứng dụng: + Kết cấu khung ngang chịu lực có độ cứng chung lớn nên phù hợp dùng thi công nhà khung nhiều tầng, xưởng sản xuất tầng nhịp hay nhiều nhịp + Kết cấu khung ngang dùng thi công hành lang lô gia kiểu côngxon (do dầm mứt thừa đỡ) • Kết cấu khung ngang chịu lực có loại: Dựa vào tính chất mối liên kết dầm với cột, cột với móng mà phần làm khung cứng khung khớp: + Khung cứng dùng cho nhà xây đất đồng lún đều, nhà chịu tải trọng lớn nhà cao tầng + Khung khớp dùng cho nhà xây đất không đồng có độ lún khơng * Khung dọc chịu lực • Kết cấu khung dọc chịu lực kết cấu nhà dân dụng mà dầm chạy dọc theo chiều dài nhà Giai pháp để tăng độ cứng ngang cho nhà có kết cấu khung dọc chịu lực đo làm thêm dầm phụ lợi dụng sống đứng panen liên kết chặt chẽ với dầm cột • Ưu điểm: + Ít tồn vật liệu + Dễ dàng cấu tạo ô văng ban công, bố trí phịng ốc linh hoạt đa dạng + Dễ dàng đặt đường ống xuyên qua sàn • Nhược điểm: kết cấu khung dọc chịu lực có độ cứng nhà hơn, đặc biệt phương ngang • Phạm vi ứng dụng: kết cấu khung dọc chịu lực thường dùng thi cơng loại nhà có độ hẹp 6m, dùng phổ biến nhà khung panen lắp ghép hai độ với lưới cột 6x6m trường học, bệnh viện hay nhà cao tầng • Tùy theo mối liên hệ dầm với cột, cột với móng để phân loại khung dọc chịu lực thành khung cứng khung khớp b Khung chịu lực khơng hồn tồn (khung khuyết) • Kết cấu khung chịu lực khơng hồn tồn lợi dụng tường ngồi để chịu lực dùng tường cột làm kết cấu chịu lực • Theo vật liệu chia khung thành loại sau: + Khung có cột gạch, dầm dọc, dầm ngang bê tông cốt thép, gỗ thép + Khung bê tông cốt thép + Khung thép • Nhược điểm: + Giúp việc thiết kế mặt tương đối linh hoạt liên kết tường dầm phức tạp + Tường cột lún không nơi đất yếu, ảnh hưởng đến chất lượng cơng trình • Phạm vi ứng dụng: + Kết cấu nhà khung chịu lực khơng hồn tồn áp dụng thi cơng ngơi nhà có không gian tương đối rộng phân chia bố cục không theo quy cách định để chia sàn mái + Nhà cao từ 30 tầng trở xuống nên làm khung bê tông cốt thép, nhà cao 30 tầng nên làm khung thép + Cấu tạo khung gạch (nhà có cột gạch): nhà dân dụng tầng dùng khung bên nhà với cột xây gạch (khung khuyết), nên dùng đai thép cốt thép để tăng cường độ chịu lực cho cột Khi gác dầm gỗ lên cột gạch, không đặt trực tiếp lên cột gạch mà phải gác đệm bê tơng cốt thép có sẵn Những chỗ cắt dầm bêtông cốt thép, dầm thép cột, phần cột gạch thay bêtông chèn theo suốt chiều cao dầm Trong nhà dân dụng dầm thép dùng trường hợp cần thiết, dầm gỗ nên dùng nhà tầng Hệ thống kết cấu không gian • Kết cấu không gian chịu lực hệ thống kết cấu làm việc nhiều mặt phẳng (cả không gian ba chiều) phận kết cấu chịu lực truyền lực cho nhau, hỗ trợ theo hai phương thẳng góc • Ưu điểm: + Sự làm việc kết cấu hợp lý + Hình thức kết cấu nhẹ nhàng tốn vật liệu + Kết cấu ngang kết cấu khơng gian cần độ cao khoảng 1/20 - 1/30 độ, giảm 1/2 - 1/3 khơng gian kết cấu bình thường + Kết cấu chắc, khỏe, vượt độ lớn • Nhược điểm: + Thi cơng cấu tạo phức tạp • Phạm vi ứng dụng: Kết cấu khơng gian chịu lực giải pháp kinh tế cho khơng gian nhịp lớn 30m Vì thế, dùng thi công loại nhà công cộng cơng nghiệp có khơng gian rộng nhà cơng nghiệp, rạp hát, nhà đấu, bể bơi có mái • Có loại kết cấu khơng gian chịu lực gồm: + Vỏ mỏng + Khung không gian hệ lưới không gian + Kết cấu gấp nếp + Kết cấu hỗn hợp + Kết cấu khí căng + Vịm bán cầu + Kết cấu dây treo Kết cấu không gian chịu lực (các dạng vỏ mỏng, dây treo, vỏ gấp lưới không nếp) Kết cấu dây treo 10 a Giải pháp kết cấu khung Giải pháp kết cấu khung ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng giống phần Dạng 1: Công trình cấp IV cấp III ( từ tầng trở xuống), cần lưu ý thêm cách bố trí lựa chọn sơ đồ khung sau: * Nên chọn khung đối xứng a Nên chọn ; b Không nên chọn ; c Biện pháp khắc phục * Tải trọng truyền trực tiếp nhanh xuống móng a Khơng nên ; b Biện pháp khắc phụ * Không nên thiết kế khung thông tầng * Nên tránh thiết kế congson a Có thể thiết kế congson ngắn b Không nên thiết kế congson dài * Tương quan độ cứng cột dầm khung a Nên chọn EJ cột > EJ dầm b Không nên chọn EJ dầm > EJ cột Hệ khung chịu lực tạo thành từ cấu kiện cột, dầm, liên kết cứng nút tạo thành hệ khung phẳng khung không gian dọc theo trục lưới cột mặt nhà Khung bê tông cốt thép thường đổ liền khối Tuy nhiên nhà cao tầng việc thi công kết cấu dạng thành dầm, cột trở nên phức tạp độ cao lớn Nhược điểm khắc phục việc sử dụng cấu kiện đúc sẵn công xưởng lắp ghép Khung BTCT lắp ghép khó thực liên kết cứng, địi hỏi độ xác cao lắp ghép xét đến q trình tính tốn Hệ thống khung chịu lực túy có độ cứng uốn thấp theophương ngang nên bị hạn chế sử dụng nhà có chiều cao 40m Trong kiến trúc nhà cao tầng ln có phận hộp thang máy, thang bộ, tường ngăn bao che liên tục chiều cao nhà sử dụng lõi, vách cứng nên hệ kết cấu khung chịu lực túy thực tế không tồn Các hệ khung BTVT lắp ghép thực công nghê căng sau cấu kiên bê tông ứng lực trước theo hai phương sử dụng có hiệu vùng có động đất 15 b Giải pháp kết cấu lõi cứng - vách cứng • Vách cấu kiện chịu lực theo phương ngang phương đứng, làm tăng độ cứng theo phương ngang cơng trình, vách thường có dạng phẳng mỏng • Lõi kết cấu chịu lực tổ hợp theo dạng khác vách • Kết cấu vách cứng bố trí thành hệ thống theo phương, phương liên kết lại thành hệ không gian gọi lõi cứng Có ý nghĩa đặc biệt quan trọng nhà cao tầng gánh chịu phần lớn tải trọng nguy hiểm gió động đất cần thiết kế lõi - vách (bố trí, tính tốn cấu tạo) cách hợp lý Không gian bên lõi cứng thường bố trí hệ thống giao thơng theo phương đứng thang máy, thang • Bố trí vách cứng: + Nên thiết kế vách giống nhau, bố trí cho tâm cứng hệ trùng với tâm trọng lực + Các vách nên có chiều cao chạy suốt từ móng đến mái có độ cứng khơng đổi tồn chiều cao, có giảm, giảm dần từ lên + Khơng nên chọn vách có chịu tải lớn số lượng + Không nên chọn khoảng cách vách khoảng cách từ vách đến biên lớn • Bố trí lõi vách mặt Độ cứng chống xoắn tốt vách bố trí đối xứng, khơng lệch tâm Độ cứng theo phương ngang đảm bảo vách hệ khung, Lõi bố trí chịu uốn theo hai phương Độ cứng chống xoắn thấp độ lệch tâm lớn Lõi bố trí chịu uốn theo hai phương Độ cứng chống xoắn cao lõi bố trí đối xứng, khơng lệch tâm 16 • Nên giảm thiểu độ lệch tâm mặt Bố trí lõi - vách gần trọng tâm có cân xứng bên bố trí vách bên cịn lại bố trí lõi vách • Giảm mơ men uốn lực cắt mặt phẳng sàn • Ưu nhược điểm: + Có khả chịu lực ngang tốt nên thường sử dụng cho cơng trình cao 20 tầng + Tuy nhiên, độ cứng theo phương ngang vách cứng tỏ hiệu rõ rệt độ cao định, chiều cao cơng trình lớn thân vách cứng phải cos kích thước đủ lớn, mà điều khó thực + Trong thực tế, hệ kết cấu vách cứng sử dụng hiệu cho ngơi nhà 40 tầng với cấp phịng chống động đất cấp 7, độ cao giới hạ bị giảm cấp phòng chống động đất cao 17 c Giải pháp kết cấu khung - vách cứng (khung - giằng) • Hệ thống khung - vách cứng tạo kết hợp hệ thống khung hệ thống vách cứng, kết cấu thép khung giằng khung cứng Hệ thống vách cứng thường tạo khu vực cầu thang bộ, cầu thang máy, khu vực vệ sinh chung tường biên, khu vực có tường nhiều tầng liên tục Hệ thống khung bố trí khu vực cịn lại ngơi nhà • Ưu điểm: + Trong hệ thống kết cấu này, hệ thống vách chủ yếu chịu tải trọng ngang > 85% hệ thống khung chịu tải trọng thẳng đứng + Tương tác ngang vách khung kết cấu khung - vách làm tăng độ cứng ngang kết cấu, làm giảm mô men vách kết cấu đối xứng, làm cho phân bố lực cắt khung đồng theo chiều cao Lợi ích tương tác tăng theo chiều cao, làm cho kết cấu khung - vách đạt chiều cao kinh tế đến 50 tầng + Tương tác ngang kết cấu khung - vách xảy khung vách có dạng chuyển vị tự vách khung khác buộc có dạng chuyển vị liên kết có độ cứng dọc trục lớn Nếu vách kết cấu khung - vách làm nhỏ lại hay chí, bị cắt từ chiều cao định hay vách bỏ vài tầng chiều cao, độ cứng ngang kết cấu nói chung khơng bị giảm so với kết cấu có vách tồn chiều cao với giả thiết thay đổi xảy cao độ điểm uốn kết cấu liên tục • Phạm vi ứng dụng: + Hệ kết cấu thường sử dụng cho nhà có mặt chữ nhật kéo dài, chịu lực chủ yếu theo phương ngang nhà Các vách cứng bố trí chủ yếu dọc theo phương ngang nhà Trong kiểu nhà lắp ghép lớn nhiều tầng xêm tường liên kết với tạo thành hệ tường cứng ngang dọc liên tục Các mơ hình tính tốn phụ thuộc nhiều vào cấu tạo mạch lắp ghép tường với tường tường với sàn + Kết cấu khung - vách thường sử dụng phổ biến hệ phù hợp với hầu hết giải pháp kiến trúc nhà cao tầng Hệ kết cấu tạo điều kiện ứng dụng linh hoạt công nghệ xây dựng khác vừa lắp ghép vừa đổ chỗ kết cấu bê tông cốt thép Có thể đổ chỗ vách cứng cơng nghệ dùng ván khn trượt, cịn phần khung (cột, dầm), sàn lắp ghép, chí với liên kết khớp cột với cột dầm sàn với vách cứng Với công nghệ xây dựng lắp ghép, bán lắp ghép cho phép sử dụng kết cấu chịu lực hợp lý đem lại hiệu kinh tế kỹ thuật định • Nếu có kết cấu khung kết cấu vách không nối ngang với Với chiều cao khoảng 10 tầng, độ cứng vách đỉnh gấp 10 lần khung Nếu kết cấu khung vách có chiều cao 20 tầng, độ cứng vách khoảng 1/3 độ cứng khung Sự thay đổi độ cứng tương đối đỉnh vách khung theo chiều cao vách làm việc congson chịu uốn Độ cứng giảm theo quan hệ bậc với chiều cao, Trong đó, khung làm việc congson chịu cắt độ cứng phụ thuộc tuyến tính với chiều cao Như vậy, chiều cao yếu tố chủ yếu xác định ảnh hưởng khung đến độ cứng ngang kết cấu khung - vách 18 a Hình dạng chuyển vị vách chịu lực ngang độc lập b Hình dạng chuyển vị khung cứng chịu lực ngang độc lập c Kết cấu khung - vách chịu lực ngang → Hình (a) (b) vách chuyển vị theo dạng chịu uốn, cong theo chiều lực ngang với độ dốc lớn njaats đỉnh vách Trong đó, khung chuyển vị theo dạng chịu cắt, cong ngược phía lực ngang có độ dốc lớn chân Nếu vách khung nối với liên kết khớp đầu chịu lực ngang, kết cấu kiên hợp có dạng chuyển vị chịu uốn chân dạng chuyển vị chịu cắt phần → Hình (c) Lực dọc liên kết làm cho vách cản trở khung phần khung cản trở vách phần (a) Kết cấu khung - vách đối xứng, khung vách nằm khung song song (b) Kết cấu khung - vách đối xứng, khung vách nằm khung (c) Kết cấu không đối xứng 19 d Hệ thống kết cấu ống - lõi • Hệ kết cấu hình ống cấu tạo ống bao xung quanh nhà bao gồm hệ thống cột, dầm, giằng cấu tạo thành hệ thống ống ống Trong nhiều trường hợp, người ta cấu tạo hệ thống ống phía ngồi, cịn phía nhà hệ thống khung vách cứng • Hệ khung - lõi chịu lực thường sử dụng hiệu cho nhà có độ cao trung bình thật lớn, có mặt đơn giản hình chữ nhật, hình vng Lõi (ống) đặt ngồi biên mặt Hệ sàn tầng gối trực tiếp vào tường lõi - hộp qua hệ cột trung gian Phần lõi thường dùng để bố trí thang máu, cầu thang hệ thống kỹ thuật nhà cao tầng • Những ngơi nhà có chiều cao 100m thường dùng hệ lõi, ống, ống ống Vai trị khung cột, có để giảm độ sàn, không tham gia vào chịu tải trọng ngang Khi hệ khung cột bố trí dày đặc dọc theo chu vi cơng trình có độ cứng lớn đáng kể so với độ cứng lõi tạo thành hệ kết cấu khung không gian tham gia chịu lực với lõi, ống bên ta xem hệ hộp hộp (hình a, b) Cũng hệ chịu lực khung - vách, nên bố trí lõi, hộp đối xứng mặt khơng bố trí lõi lệch bên hình c a Các giải pháp lõi - ống, ống ống c Các sơ đồ bố trí lõi, hộp mặt b Hệ khung - lõi chịu lực 20 • Ống chéo (hình 64) giải pháp cổ điển ống nhất, thích hợp với tính chất thép xây dựng Đô hệ thống ống lý tường thiết kế nhằm nối liền tất cột ngoài, tạo thành hộp cứng để chống lực ngang nhờ lực nén dọc trục cấu kiện hệ thống nhờ vào độ chống uốn cấu kiện Đạt viêc nàv cách sử dụng hệ thống tối thiểu xiên tất mặt đứng thiết kế để xiên giao điểm cột góc Hệ thống ống tãng cứng với xiên có gờ, khơng hoạt động dàn mặt phẳng hệ thống mà tác động qua lại với dàn khác mặt vng góc nhằm tăng cường làm việc khơng gian ống Dạng kết cấu nàv sử dụng cho cơng trình John Hancock Center, Chicago tháp 100 tầng đa dụng, sử dụng làm nơi đỗ xe, cửa hàng, văn phòng làm việc, hộ loại sử dụng khác Kích thước 80m X 47m, vuốt thon tuyến tính thành 49m x30m đỉnh Bước cột mặt dài 12m mặt ngắn 7,6m Khung giằnẹ chéo thiết kế giống tường chịu lực, nơi trọng lượng thân tịa nhà phán đồng cột tải trọng ngang tạo lực nén dọc trục đồng lực hướng trục thân dàn tam giác Để tạo kết này, cần thiết phải có nối ngang giao điểm xiên cột Một nôi lớn hơn, gọi "thanh nối chính", bố trí giao điểm giằng X xếp lên Ở giằng có nối phụ giao điểm còt nối Hệ giằng "X" cao 20 tầng, có tầng văn phịng làm việc tầng hộ nối phụ (tùy vị trí) Hệ thống phụ dầm giằng đặt nối phụ Khi số tầng cao, rõ ràng hệ kết cấu ảnh hưởng đến thể kiến trúc bên cơng trình thơng qua liên kết xiên, cột nối Hệ thống ống dàn (tăng cứng) có ưu điểm bật cho phép cột (cột thưa hơn) khác với lưới khung dày đặc bình thường , số tầng tăng lên Việc thi công ống tăng cứng ngồi nhà cao tầng có hiệu đáng kể cơng trình siêu cao sử dụng nhiều dạng khác Thể sơ đồ tháp đa chức cao 135 tầng đề xuất kỳ thi dự án tổ chức New York Cơng trình nhà cao tầng gồm có văn phịng làm việc, khách sạn diện tích Tất chức địi hỏi phải bố trí tầng hẹp phần phần cơng trình Các hình dáng tầng thay đổi cấu trúc cách tạo hình thể ống tăng cứng mơđuyn có dạng tam giác Tất tải trọng thân dự kiến truyền cho cột dàn cao tầng, để gia tăng tối đa hiệu suất dạng ống Các cột ngồi thép, bêtơng hay composite cột lớn (mega colum) 21 • Các hệ thống bắt chéo thể giằng cột ngồi, làm việc côngxon Các dàn phẳng xun qua thân cơng trình không gian nội thất phải nghiên cứu kỹ kiến trúc, bản, xiên nối cột hoạt động siêu giằng (superbrace) khiến cột làm việc cánh đàn Mặt cho thấy dạng hình tháp có cột nối kết giằng theo hai hướng Ngoài giằng trong, yêu cầu có khung chu vi để tạo sức chịu xoắn cần thiết Các giằng hoạt động dàn trọng lực mặt đứng, truyền tất tải thân cho cột để tăng mạnh độ cứng tải trọng ngang tác dụng Ở dạng thức này, dàn đạt hiệu suất tối đa cánh cửa cột mang tất tải trọng thân, tăng khả chống lật bản, trọng lượng cơng trình đỡ cột ngồi Chỉ đạt độ cứng cao cho nhà chọc trời bêtơng cốt thép túy cột ngồi có kích thước to cột trụ cầu • Trụ sở Ngân hàng Trung Quốc Hồng Kông sử dụng chuyển táo bạo hệ thống xiên để tạo dáng, đưa khái niệm ống lên bước cao Hệ thống vào lăng trụ tam giác bắt chéo liên kết xiên lớn có gờ cuối chịu cột đáy Tháp 70 tầng nàv khối vuông chia chéo thành góc tư Càng lên cao, vào đoạn, góc tư chấm dứt kết cấu trở thành tầng trụ tam giác đơn phần chóp tịa nhà Sự đổi đáng kể khái niệm liên quan đến việc sử dụng vỏ bê tông tạo môi trường hỗn hợp thép bêtông để truyền lực cắt cho liên kết • Khi xiên giao cắt , chúng bọc bêtông cốt thép truyền lực hướng trục lực cắt Điều không cần đường hàn giảm ứng suất dư việc hàn mối nối gây 22 Giải pháp thiết kế kháng chấn cho cơng trình • Thiết kế kháng chấn thuật ngữ lĩnh vực thiết kế xây dựng, hiểu việc đưa giải pháp thiết kế cho cơng trình xây dựng đảm bảo đủ khả chịu lực, không chịu hư hại kết cấu hư hỏng thiết bị đồ đạc sử dụng cơng trình, tồn đứng vững tác động tải trọng động đất • Quan niệm thiết kế kháng chấn truyền thống Trước đây, tiểu chuẩn kháng chấn người ta xem xét đến yếu tố lực tác động mà chưa ý đến phương diện lượng động đất truyền vào cơng trình Do đó, người ta quan tâm đến khả chịu lực kết cấu thường quy định thiết kế cơng trình làm việc miền đàn hồi Tuy nhiên, qua quan sát thực tế, nội lực xuất kết cấu thường lớn từ ba đến bốn lần nội lực xác định theo tiêu chuẩn kháng chiên shieejn hành cho trận động đất có cường độ Và nội lực gia tăng lớn cơng trình đứng vững sau trận động đất vượt cấp động đất thiết kế cho phép Có thể giải thích điều sau: + Sự hình thành “khớp dẻo” số cấu kiện chịu lực: biến dạng dẻo làm tăng chu kỳ dao động riêng cơng trình mà hấp thu phần lớn lượng động đất đưa vào kết cấu + Khả phân tán lượng vốn bị bỏ qua tính tốn kết cấu: chẳng hạn khả phân tán lượng cấu kiện không chịu tải (do nứt, ma sát…); biến dạng đất tác dụng tương hỗ đất cơng trình hấp thụ phân tán phần lượng động đất truyền vào Chính số yếu tố nêu chưa đề cập đến thiết kế kháng chấn, nên việc quy định thiết kế công trình làm việc giai đoạn đàn hồi tác dụng động đất chưa hợp lý xem khơng kinh tế • Quan niệm thiết kế kháng chấn đại Theo quan điểm thiết kế kháng chấn đại, việc thiết kế kháng chấn cơng trình xây dựng cần đảm bảo hai tiêu chí liên quan chặt chẽ với nhau: + Bảo đảm kết cấu có khả chiu lực lớn miền đàn hồi + Bảo đảm cho kết cấu có khả phân tán lượng động đất truyền vào, thông qua biến dạng dẻo giới hạn cho phép thiết bị hấp thu lượng Một quy định tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn đại tạo cho kết cấu cơng trình độ bền đủ lớn độ cứng thích hợp + Độ bền đủ lớn nhằm gia tăng khả chịu lực kết cấu + Độ cứng thích hợp nhằm giúp cơng trình có cân hài hòa mặt động lực học Bởi tác dụng rung lắc động đất làm phát sinh chuyển vị gia tốc cơng trình Nếu cơng trình có độ cứng q lớn gia tốc sinh vô lớn, gây rơi vãi đồ đạc thiết bị bên nhà dẫn đến thiệt hại mặt kinh tế Ngược lại, cơng trình q mềm chuyển vị tương đối tầng lớn, gây biến dạng đáng kể cho cơng trình, làm hư hại nút liên kết khung chịu lực, nứt tường, vênh cửa…, ngồi dao động cơng trình phát sinh đáng kể gây ảnh hưởng đến tâm lý người sinh sống làm việc tòa nhà → Như vậy, quan niệm thiết kế đại lưu ý thêm phương diện lượng động đất truyền vào cơng trình Việc thiết kế tính tốn cho kết cấu có khả phân tán phần lượng có ý nghĩa quan trọng nhằm giúp cơng trình làm việc hiệu có động đất xảy 23 • Các giải pháp thiết kế kháng chấn xem xét đến việc phân tán lượng Để tránh tượng suy yếu cục dẫn đến phá hoại cơng trình trên, số giải pháp thiết kế đưa nhằm hấp thụ bớt phân tán lượng động đất cho tồn cơng trình (a) - đơn ; (b) cách chấn ; (c) giảm chấn a Giải pháp cách chấn Do động đất lan truyền đất nên phương pháp hay để hạn chế tác động động đất tách rời hẳn cơng trình khỏi đất Tuy nhiên, khơng thể tách rời hồn tồn, người ta bố trí lớp thiết bị đặc biệt cơng trình đất gọi thiết bị cách chấn (isolator) Thiết bị có độ cứng thấp nên đất dao động, thiết bị có biến dạng lớn, kết cấu phía nhờ có qn tính lớn nên chịu dao động nhỏ Hư hại kết cấu thiết bị cơng trình giảm thiểu Phương pháp cách chấn không áp dụng để tách rời tồn cơng trình khỏi đất nền, mà cịn áp dụng theo nhiều cách khác tách rời phần thân, đỉnh mái khỏi phần kết cấu phía dưới, tùy thuộc đặc điểm cơng trình Khi cách chấn, lượng động đất hấp thụ tiêu tán, dao động kết cấu phía giảm đáng kể 24 Một vài phận cấu trúc miễn chấn Giải pháp cách chấn hay gọi cấu trúc miễn chấn, đặc trưng cấu trúc miễn chấn kết hợp bệ đỡ miễn chấn (seismic bearing) phận giảm chấn (damper) + Bệ đỡ miễn chấn: lắp mặt tiếp xúc tòa nhà mặt đất, điều kiện bình thường, bệ đỡ miễn chấn có tác dụng nâng đỡ tồn tải trọng tòa nhà, động động xảy ra, chúng cịn có tác dụng làm triệt tiêu rung lắc mặt đất, làm cho lượng động đất khó truyền trực tiếp đến tịa nhà + Bộ phận giảm chấn: gắn trụ đỡ tòa nhà, gắn mặt tiếp xúc tịa nhà với mặt đất, có tác dụng hấp thụ lượng động đất dư thừa, giúp tòa nhà rung lắc xảy động đất, đồng thời triệt tiêu nhanh chóng rung lắc dư thừa sau động đất kết thúc Ở tác dụng phận giảm chấn tương tự giảm xóc gắn xe máy Tại tòa nhà áp dụng cấu trúc miễn chấn, xảy động đất, khơng có tình trạng vật dụng bị đổ ngã cửa kính cửa sổ bị phá hủy, giúp phịng tránh tai nạn thứ cấp Đặc biệt, chịu rung lắc xảy động đất, nên nói cấu trúc miễn chấn thích hợp cho tịa nhà mà có chứa thiết bị điện tử, thiết bị cần độ xác cao Ngồi ra, điều giúp giảm bất an, hoảng loạn người tòa nhà 25 b Giải pháp giảm chấn • Trong trường hợp gió tác dụng lên cơng trình, lượng dao động truyền vào cơng trình mà khơng có khả cách ly Do vậy, người kỹ sư phải tăng cường độ cứng cơng trình để khống chế dao động, nhờ độ cản thân cơng trình để giải phóng lượng dao động này, bố trí thiết bị giảm chấn bị động, chủ động hay nửa chủ động để tăng độ cản, hay phát sinh lực điều khiển chống lại dao động + Thiết bị giảm chấn bị động: thiết bị giảm chấn mà nguồn lượng hoạt động chúng lấy từ lượng dao động thân cơng trình, khơng cần nguồn lượng từ bên Do mong muốn lợi dụng khả tiêu tán lượng dạng nhiệt tượng ma sát, loại thiết bị giảm chấn thường cấu tạo từ vật liệu có khả nội ma sát lớn, từ phận phát sinh ma sát ma sát hiểu ma sát Coulomb hạơc cản nhớt Trong trình dao động cơng trình, phận thiết bị gắn vào cơng trình chuyển động tương nhau, tạo ma sát toả nhiệt Các thiết bị dạng ứng dụng tương đối rộng rãi từ lâu + Thiết bị giảm chấn chủ động: Các thiết bị dạng hoạt động nhờ vào cấc nguồn lượng từ bên ngồi điện, khí nén… Thông qua cảm biến, thông tin tải trọng, dao động cơng trình đưa xử lý trung tâm Bộ điều khiển trung tâm xử lý tín hiệu pháp lệnh cho phận cháp hành để khởi phát lực điều khiển chống dao động + Thiết bị giảm chấn nửa chủ động: giải pháp chống dao động tương đối mới, thiết bị đóng vai trị điều tiết tác động bên ngồi lên cơng trình • Một số phương pháp giảm chấn động đất cho cơng trình, cụ thể bao gồm phương pháp sau: TMD - Tuned Mass Damper Dùng vật nặng trịn có khối lượng lớn đặt vào vị trí tâm cơng trình để giảm chấn có động đất 26 Ví dụ số cơng trình sử dụngTMD - Tuned Mass Damper TLD - Tuned Liquid Damper Dùng bể nước tầng mái cơng trình để giảm chấn để giảm chấn có động đất a Tịa nhà Comcast Philadelphia, Pennsylvania (cao 305 mét) b Bản vẽ sơ đồ van điều tiết khối lượng cột chất lỏng, điều chỉnh, lắp đặt Comcast, bao gồm bể chưa nước 300.000-gallon để giam dao động 27 MRD - Magneto Rheological Damper Dùng thiết bị lưu từ biến gắn vào cơng trình ERD - Electro Rheological Damper Dùng thiết bị lưu biến điện gắn vào cơng trình để giảm chấn có động đất FVD - Fluid Viscous Damper Dùng hệ cản ma sát chất lỏng gắn vào cơng trình để giảm chấn có động đất 28 Hệ Particle Damper Va hệ va đập bi sắt gắn vào cơng trình để giảm chấn có động đất END 29 ... kết cấu gọi ống ống * Các hệ kết cấu chịu lực bản: • Các hệ kết cấu bản: kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng kết cấu ống • Các hệ kết cấu hỗn hợp: kết cấu khung - giằng, kết. .. - giằng, kết cấu khung - vách, kết cấu ống - lõi kết cấu ống tổ hợp • Các hệ kết cấu đặc biệt: kết cấu có tầng cứng, kết cấu có hệ dầm truyền, kết cấu có hệ giằng liên tầng kết cấu ống tổ hợp... làm việc kết cấu hợp lý + Hình thức kết cấu nhẹ nhàng tốn vật liệu + Kết cấu ngang kết cấu khơng gian cần độ cao khoảng 1 /20 - 1/30 độ, giảm 1 /2 - 1/3 khơng gian kết cấu bình thường + Kết cấu chắc,