Phân tích sự tương quan của gió và động đất tác động lên kết cấu nhà nhiều tầng tại thành phố hồ chí minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ MINH PHÂN TÍCH SỰ TƯƠNG QUAN CỦA GIÓ VÀ ĐỘNG ĐẤT TÁC ĐỘNG LÊN KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG TẠI TP.HCM LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Tai Lieu Chat Luong TP Hồ Chí Minh, Năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ MINH PHÂN TÍCH SỰ TƯƠNG QUAN CỦA GIĨ VÀ ĐỘNG ĐẤT TÁC ĐỘNG LÊN KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG TẠI TP.HCM Chuyên ngành : Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số chuyên ngành : 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC TP Hồ Chí Minh, Năm 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Lê Minh, học viên cao học ngành Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp, khóa 2017 trường Đại học Mở thành phố Hồ Chí Minh Tơi cam đoan luận văn với tiêu đề “Phân tích tương quan gió động đất tác động lên kết cấu nhà nhiều tầng TP.HCM” làm tơi Ngoại trừ tài liệu tham khảo trích dẫn luận văn này, tơi cam đoan tồn phần hay phần nhỏ luận văn chưa sử dụng để nhận cấp trường đại học hay sở đào tạo khác Khơng có sản phẩm, nghiên cứu người khác sử dụng luận văn mà khơng trích dẫn theo quy định Tác giả luận văn Lê Minh ii LỜI CÁM ƠN Trong trình học tập Trường Đại học Mở TPHCM, học hỏi bổ sung trí thức bổ ích cho cơng việc luận cuối khóa góp thêm vào tri thức mà nhận Đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy hướng dẫn luận văn này, PGS.TS Nguyễn Trọng Phước, giúp định hướng đề tài ln tận tình hướng dẫn để tơi hồn thành luận văn với kết tốt Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Mở TPHCM, Quý Thầy Cô khoa Sau đại học khoa Xây dựng, tạo điều kiện tốt q trình học tập hồn thành luận văn Học viên gửi lời cảm ơn đến tác giả trước nghiên cứu, cơng bố cung cấp tài liệu có liên quan đến luận văn để học viên tham khảo hoàn thành luận văn Cuối cùng, học viên xin gửi lời biết ơn đến gia đình ln quan tâm, ủng hộ động viên cảm ơn anh chị, bạn học viên cao học hổ trợ nhiệt tình để hồn thành tốt khóa học Dù cố gắng hoàn thành luận văn thời gian quy định, tránh thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp Quý Thầy để luận văn thêm hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Học viên Lê Minh iii TÓM TẮT Luận văn đánh giá tác động gió động đất lên kết cấu cơng trình dạng chung cư nhiều tầng (15 đến 35 tầng) thành phố Hồ Chí Minh Các nghiên cứu trước thường dừng lại mức tính tốn, khảo sát cơng trình độ cao định, chưa rút so sánh tương quan hai dạng tải trọng Luận văn khảo sát cơng trình nhiều tầng thành phố Hồ Chí Minh với hệ kết cấu phổ biến khung vách kết hợp lõi cứng Tải trọng gió gồm có thành phần tĩnh động xác định theo tiêu chuẩn ngành; Ứng xử hệ chịu động đất thực theo tiêu chuẩn ngành hữu Phương pháp để giải toán đề tài phần tử hữu hạn với phần mềm ETABS 2016 để mơ hình kết cấu cơng trình Từ kết ứng xử đầu gồm có chuyển vị, nội lực hai tác động đó, tương quan hai tác động kết cấu tìm Việc đánh giá tương quan dùng kiểm tra sơ công tác thiết kế kết cấu iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu luận văn 1.3 Đối tượng, phạm vị phương pháp nghiên cứu 1.4 Bố cục luận văn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2.2 MỘT SỐ CÔNG BỐ TRONG NƯỚC 2.2.1 Tính tốn nhà cao tầng bê tông cốt thép chịu tác động động đất theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 UBC 1997 (Nguyễn Đại Minh, Cao Sĩ Hùng, 2017) [10]4 2.2.2 Tính tốn tải trọng nội lực kết cấu nhà cao tầng tác động gió theo tiêu chuẩn Việt Nam, Hoa Kỳ ống thổi khí động (Trần Hồng Việt, 2015) [11] 2.2.3 Tính tốn tải trọng gió lên nhà cao tầng theo tiêu chuẩn Eurocode (Nguyễn Mạnh Cường, 2011) [12] 2.2.4 Tính tốn tải trọng gió cho nhà cao tầng có mặt hình trịn theo tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn EUROCODE (Phạm Ánh Tuyết, 2017) [13] 2.2.5 Nghiên cứu tính tốn nhà cao tầng có xét đến tải trọng động Hải Phòng (Đào Huy Tân, 2015) [14] v 2.2.6 So sánh tiêu chuẩn tính tốn tải trọng gió theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 với tiêu chuẩn Châu Âu EUROCODE EN 1991-1-4 & tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASCE/SEI 7-05 (Ngô Đức Dũng, 2015) [15] 2.2.7 Tính tốn tải trọng động gió động đất tác dụng lên nhà cao tầng Hải Phòng (Trần Vũ, 2017) [16] 2.3 MỘT SỐ CƠNG BỐ NGỒI NƯỚC 2.3.1 The Effect of Wind Loads on the Seismic Performance of Tall Buildings (Shilpa Nirman Thilakarathna, Naveed Anwar, Pramin Norachan, Fawad Ahmed Naja, 2018) [27] 2.3.2 Seismic and wind effects on high rise structure using Etabs (A Naga Sai, G Radha Devi, 2018) [28] 2.3.3 Một số tài nước khác 2.4 SỰ KHÁC BIỆT CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN NHÀ CAO TẦNG CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG NGANG 10 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 10 3.2 KHÁI QUÁT VỀ NHÀ CAO TẦNG 10 3.2.1 Định nghĩa, quy ước nhà cao tầng 10 3.2.2 Yêu cầu thiết kế kết cấu nhà cao tầng 10 3.2.3 Sơ hệ kết cấu [7] 11 3.2.4 Bố trí kết cấu 12 3.2.5 Ngun lý tính tốn kết cấu nhà cao tầng 14 3.3 Cơ sở lý thuyết động lực học cơng trình 15 3.4 Tải trọng gió 17 3.4.1 Thành phần tĩnh tải trọng gió 18 3.4.2 Thành phần động tải trọng gió 19 3.4.3 Tổ hợp tải trọng gió 21 vi 3.5 Tải trọng động đất 22 3.5.1 Tổng quan 22 3.5.2 Cơ sở lý thuyết 23 3.5.3 Tổ hợp hệ thành phần động đất 29 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 31 CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT NHÀ CAO TẦNG CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG NGANG 32 4.1 GIỚI THIỆU 32 4.1.1 Đặc điểm cơng trình khảo sát 32 4.1.2 Phần mềm sử dụng 32 4.2 LẬP MƠ HÌNH TÍNH TỐN 34 4.3 TÍNH TỐN TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH 34 4.3.1 Tải trọng thẳng đứng 35 4.3.2 Tải trọng gió 36 4.3.3 Tải trọng động đất 44 4.4 KẾT QUẢ TÍNH TỐN 46 4.5 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 64 4.6 KẾT LUẬN 66 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 5.1 KẾT LUẬN 68 5.2 KIẾN NGHỊ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 3.1 - Phân loại hệ kết cấu nhà cao tầng Fazlur Khan 11 Hình 3.3 - Bố trí mặt đứng nhà cao tầng 12 Hình 3.4 - Sơ đồ tính consol có hữu hạn khối lượng tập trung 16 Hình 3.5 - Sơ đồ tính tốn động lực tải trọng gió lên cơng trình theo phụ lục A tiêu chuẩn TCVN 229:1999 19 Hình 4.1 – Mơ hình kết cấu cơng trình từ 15 tầng đến 35 tầng 34 Hình 4.2 - Phổ phản ứng thiết kế cơng trình 45 Hình 4.3 – Biểu đồ so sánh chuyển vị tải trọng gió động đất ứng với cơng trình 20 tầng 47 Hình 4.4 – Biểu đồ so sánh nội lực tải trọng gió động đất ứng với cơng trình 20 tầng 49 Hình 4.5 – Biểu đồ so sánh hiệu ứng P-∆ tải trọng gió động đất ứng với cơng trình 20 tầng 51 Hình 4.6 – Biểu đồ so sánh chuyển vị, lực cắt tải trọng gió động đất ứng với cơng trình 15 tầng 53 Hình 4.7 – Biểu đồ so sánh chuyển vị, lực cắt tải trọng gió động đất ứng với cơng trình 20 tầng 55 Hình 4.9 – Biểu đồ so sánh chuyển vị, lực cắt tải trọng gió động đất ứng với cơng trình 30 tầng 60 Hình 4.10 – Biểu đồ so sánh chuyển vị, lực cắt tải trọng gió động đất ứng với cơng trình 35 tầng 63 Hình 4.11 – So sánh thành phần tải trọng gió theo phương X 64 Hình 4.12 – So sánh thành phần tải trọng gió theo phương Y 64 Hình 4.13 – So sánh lực cắt đáy gió động đất gây theo phương X 65 Hình 4.14 – So sánh lực cắt đáy gió động đất gây theo phương X 66 viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 - Bảng giới hạn tỉ số chiều cao chiều rộng nhà (H/B) [1] 13 Bảng 3.2 - Theo phụ lục A, bảng A.1 TCVN 2737-1995 18 Bảng 3.3 - Bảng giá trị tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi [5] 29 Bảng 4.1 - Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên cơng trình 35 Bảng 4.2 - Tải trọng tường 35 Bảng 4.3 - Tải trọng gió tĩnh theo phương X 36 Bảng 4,4 - Tải trọng gió tĩnh theo phương Y 37 Bảng 4,5 - Các giá trị hệ số động lực hệ số áp lực động 38 Bảng 4,6 - Tải trọng gió động theo phương X 38 Bảng 4,7 - Tải trọng gió động theo phương Y 39 Bảng 4,8 – Bảng tổng hợp gió tác dụng vào cơng trình 20 tầng 40 Bảng 4.9 – Bảng tổng hợp gió tác dụng vào cơng trình 15 tầng 40 Bảng 4.10 – Bảng tổng hợp gió tác dụng vào cơng trình 25 tầng 41 Bảng 4.11 – Bảng tổng hợp gió tác dụng vào cơng trình 30 tầng 42 Bảng 4.12 – Bảng tổng hợp gió tác dụng vào cơng trình 35 tầng 43 Bảng 4.13 – Bảng tổng hợp kết chuyển vị cơng trình 20 tầng 46 Bảng 4.14 – Bảng tổng hợp kết nội lực cơng trình 20 tầng 48 Bảng 4.15 – Bảng tính tốn hiệu ứng P-∆ tác động tải gió lên trình 20 tầng 49 Bảng 4.16 – Bảng tính tốn hiệu ứng P-∆ tác động động đất lên trình 20 tầng 50 Bảng 4.17 – Bảng tổng hợp kết tính tốn cho cơng trình 15 tầng 52 Bảng 4.18 – Bảng tổng hợp kết tính tốn cho cơng trình 20 tầng 54 Bảng 4.19 – Bảng tổng hợp kết tính tốn cho cơng trình 25 tầng 56 Bảng 4.20 – Bảng tổng hợp kết tính tốn cho cơng trình 30 tầng 58 Bảng 4.21 – Bảng tổng hợp kết tính tốn cho cơng trình 35 tầng 61 Bảng 4.22 – Bảng tổng hợp giá trị lực cắt đáy thành phần tải trọng gió 64 Bảng 4.23 – Bảng tổng hợp giá trị lực cắt đáy tải trọng gió động đất 65 57 Chuyển vị Story hj [m] zj [m] Lực cắt Hiệu ứng P-∆ WX EX WY EY [zj /500] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] Wx Ex Wy Ey Moment WX EX WY EY WX EX WY EY [] [kN] [kN] [kN] [kN] [kN,m] [kN,m] [kN,m] [kN,m] ST5 3,6 14,4 4,4 9,7 6,2 6,8 28,8 0,113 0,103 0,061 0,054 0,3 3948,6 9437,3 10383,6 12773,8 184307,8 388990,1 483218,7 528389,3 ST4 3,6 10,8 3,1 6,9 4,4 4,8 21,6 0,100 0,091 0,054 0,047 0,3 4050,4 9779,6 10662,1 13148,3 198799,5 414695,1 521602,3 565189,6 ST3 3,6 7,2 2,0 4,4 2,8 3,1 14,4 0,084 0,077 0,044 0,040 0,3 4141,6 10044,2 10914,6 13414,3 213625,3 441856,7 560895,0 603712,3 ST2 3,6 3,6 1,1 2,4 1,5 1,7 7,2 0,063 0,058 0,033 0,030 0,3 4220,1 10210,3 11134,7 13571,6 228740,5 470354,4 600979,9 643731,8 ST1 1,2 0,4 0,9 0,6 0,6 0,0 0,043 0,040 0,024 0,021 0,3 4220,1 10275,6 11134,7 13632,4 233780,8 480120,8 614341,6 657362,2 NAPHAM -1,2 0,2 0,6 0,4 0,4 -2,4 0,028 0,026 0,016 0,014 0,3 4220,1 10334,9 11134,7 13686,5 246385,4 505073,5 647745,7 692013,3 HAM -4,2 0,0 0,0 0,0 0,0 -8,4 0,006 0,006 0,004 0,004 0,3 4220,1 10346,4 11134,7 13699,2 250588,0 513540,7 658880,5 703721,7 Hình 4.8 – Biểu đồ so sánh chuyển vị, lực cắt tải trọng gió động đất ứng với cơng trình 25 tầng 58 Bảng 4.20 – Bảng tổng hợp kết tính tốn cho cơng trình 30 tầng Chuyển vị Story hj [m] zj [m] Lực cắt Hiệu ứng P-∆ WX EX WY EY [zj /500] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] Wx Ex Wy Ey Moment WX EX WY EY WX EX WY EY [] [kN] [kN] [kN] [kN] [kN,m] [kN,m] [kN,m] [kN,m] TUM 3,6 111,6 60,1 111,3 122,8 93,8 223,2 0,012 0,019 0,106 0,034 0,3 42,0 105,0 55,0 145,9 151,0 378,1 197,8 525,3 THUONG 3,6 108 59,8 112,8 118,4 90,1 216,0 0,090 0,042 0,093 0,033 0,3 316,1 1418,8 800,0 1861,6 1288,9 5258,1 3077,9 6927,2 ST30 3,6 104,4 58,1 109,4 114,1 86,5 208,8 0,096 0,045 0,097 0,036 0,3 562,7 2486,7 1470,4 3293,3 3314,6 14021,3 8371,0 18532,0 ST29 3,6 100,8 56,5 106,0 109,7 82,9 201,6 0,103 0,050 0,100 0,039 0,3 803,5 3336,5 2120,4 4460,6 6207,1 25854,0 16003,3 34378,8 ST28 3,6 97,2 54,8 102,5 105,3 79,3 194,4 0,109 0,057 0,104 0,043 0,3 1038,4 3995,5 2750,1 5370,9 9944,9 40019,6 25901,0 53524,8 ST27 3,6 93,6 53,0 98,9 100,9 75,7 187,2 0,115 0,065 0,107 0,048 0,3 1267,4 4502,7 3359,9 6040,5 14506,0 55897,1 37991,0 75069,2 ST26 3,6 90 51,2 95,3 96,4 72,1 180,0 0,121 0,073 0,110 0,053 0,3 1490,3 4898,9 3950,5 6494,5 19868,6 73000,1 52202,1 98180,4 ST25 3,6 86,4 49,3 91,5 91,8 68,4 172,8 0,128 0,082 0,114 0,059 0,3 1707,3 5218,0 4522,8 6766,5 26010,6 90968,4 68465,8 122119,9 ST24 3,6 82,8 47,3 87,6 87,2 64,8 165,6 0,135 0,091 0,117 0,066 0,3 1918,5 5481,9 5077,8 6897,3 32910,6 109542,5 86717,1 146262,7 ST23 3,6 79,2 45,3 83,7 82,5 61,2 158,4 0,141 0,101 0,120 0,074 0,3 2124,2 5703,7 5616,9 6931,9 40547,5 128532,4 106894,5 170109,3 ST22 3,6 75,6 43,2 79,6 77,8 57,6 151,2 0,148 0,110 0,122 0,081 0,3 2324,4 5893,6 6140,9 6915,5 48900,6 147796,6 128939,8 193291,3 ST21 3,6 72 41,0 75,5 73,0 54,0 144,0 0,154 0,120 0,125 0,089 0,3 2519,2 6062,9 6651,0 6889,5 57949,3 167232,6 152798,1 215567,1 ST20 3,6 68,4 38,7 71,3 68,2 50,5 136,8 0,159 0,128 0,126 0,096 0,3 2709,1 6226,8 7148,7 6887,3 67674,7 186772,3 178419,9 236797,8 ST19 3,6 64,8 36,5 67,1 63,4 47,0 129,6 0,165 0,137 0,128 0,102 0,3 2894,3 6394,4 7635,3 6934,5 78058,7 206387,8 205760,9 256948,7 ST18 3,6 61,2 34,1 62,8 58,7 43,6 122,4 0,170 0,145 0,129 0,107 0,3 3074,7 6566,8 8111,0 7041,4 89083,2 226093,3 234778,1 276102,1 ST17 3,6 57,6 31,8 58,5 53,9 40,1 115,2 0,174 0,152 0,129 0,110 0,3 3250,4 6747,8 8576,4 7214,7 100730,4 245917,6 265431,5 294390,9 ST16 3,6 54 29,4 54,2 49,2 36,8 108,0 0,178 0,159 0,129 0,112 0,3 3421,7 6937,8 9032,1 7457,1 112984,1 265901,3 297685,0 311993,9 ST15 3,6 50,4 27,0 49,8 44,6 33,5 100,8 0,180 0,163 0,127 0,110 0,3 3588,8 7144,3 9478,7 7775,8 125828,6 286097,8 331505,5 329140,4 ST14 3,6 46,8 24,5 45,4 40,2 30,3 93,6 0,181 0,167 0,125 0,109 0,3 3751,1 7373,0 9914,6 8173,2 139246,7 306577,6 366855,1 346115,1 ST13 3,6 43,2 22,1 41,1 35,8 27,1 86,4 0,182 0,169 0,123 0,106 0,3 3908,0 7625,9 10338,4 8644,1 153220,0 327435,8 403694,0 363276,7 ST12 3,6 39,6 19,8 36,8 31,5 24,1 79,2 0,182 0,170 0,120 0,102 0,3 4059,7 7901,9 10750,0 9180,5 167730,4 348780,5 441983,3 381023,9 ST11 3,6 36 17,4 32,5 27,4 21,1 72,0 0,181 0,169 0,116 0,097 0,3 4205,9 8195,4 11148,8 9768,2 182759,8 370726,6 481683,0 399782,1 ST10 3,6 32,4 15,1 28,3 23,5 18,2 64,8 0,176 0,165 0,111 0,091 0,3 4346,7 8510,3 11535,0 10407,1 198290,6 393382,6 522753,9 419965,2 59 Chuyển vị Story hj [m] zj [m] Lực cắt Hiệu ứng P-∆ WX EX WY EY [zj /500] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] Wx Ex Wy Ey Moment WX EX WY EY WX EX WY EY [] [kN] [kN] [kN] [kN] [kN,m] [kN,m] [kN,m] [kN,m] ST9 3,6 28,8 12,9 24,3 19,8 15,5 57,6 0,172 0,160 0,106 0,085 0,3 4481,9 8838,6 11907,3 11061,0 214304,2 416856,9 565153,5 441975,5 ST8 3,6 25,2 10,8 20,4 16,4 12,9 50,4 0,166 0,155 0,100 0,080 0,3 4610,5 9174,9 12263,2 11694,6 230779,0 441256,6 608830,5 466168,9 ST7 3,6 21,6 8,8 16,7 13,2 10,4 43,2 0,158 0,146 0,093 0,073 0,3 4732,4 9515,4 12602,3 12279,4 247693,0 466676,8 653732,3 492796,3 ST6 3,6 18 6,9 13,2 10,2 8,2 36,0 0,147 0,136 0,084 0,066 0,3 4847,7 9850,0 12924,4 12790,6 265024,5 493195,5 699805,4 521979,0 ST5 3,6 14,4 5,2 9,9 7,6 6,1 28,8 0,132 0,122 0,074 0,058 0,3 4956,0 10170,7 13228,7 13223,8 282750,1 520865,9 746991,4 553707,1 ST4 3,6 10,8 3,6 7,0 5,3 4,3 21,6 0,117 0,108 0,064 0,051 0,3 5056,1 10446,8 13511,3 13558,0 300841,7 549704,1 795217,2 587853,8 ST3 3,6 7,2 2,3 4,5 3,4 2,8 14,4 0,097 0,090 0,052 0,042 0,3 5146,1 10652,6 13766,7 13786,8 319264,4 579671,3 844388,8 624188,1 ST2 3,6 3,6 1,2 2,4 1,8 1,5 7,2 0,071 0,067 0,039 0,032 0,3 5223,9 10776,8 13988,4 13917,9 337974,8 610670,4 894387,6 662412,8 ST1 1,2 0,5 0,9 0,7 0,6 0,0 0,049 0,045 0,027 0,023 0,3 5223,9 10823,3 13988,4 13966,6 344213,6 621211,0 911061,2 675521,9 NAPHAM -1,2 0,3 0,6 0,4 0,4 -2,4 0,031 0,030 0,018 0,015 0,3 5223,9 10864,3 13988,4 14009,3 359814,6 647982,0 952760,2 709017,8 HAM -4,2 0,0 0,0 0,0 0,0 -8,4 0,006 0,006 0,005 0,004 0,3 5223,9 10871,4 13988,4 14018,7 365016,1 657024,5 966664,2 720385,8 60 Hình 4.9 – Biểu đồ so sánh chuyển vị, lực cắt tải trọng gió động đất ứng với cơng trình 30 tầng 61 Bảng 4.21 – Bảng tổng hợp kết tính tốn cho cơng trình 35 tầng Chuyển vị Story hj [m] zj [m] Lực cắt Hiệu ứng P-∆ WX EX WY EY [zj /500] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] Wx Ex Wy Ey Moment WX EX WY EY WX EX WY EY [] [kN] [kN] [kN] [kN] [kN,m] [kN,m] [kN,m] [kN,m] TUM 3,6 129,6 91,6 165,3 153,2 140,4 259,2 0,010 0,033 0,147 0,043 0,3 43,1 100,1 57,2 149,5 155,2 358,1 205,9 538,1 THUONG 3,6 126 91,4 167,8 148,5 135,6 252,0 0,110 0,054 0,127 0,043 0,3 324,6 1349,1 835,9 1833,7 1323,8 4992,5 3215,2 6853,1 ST35 3,6 122,4 89,2 163,7 143,9 131,0 244,8 0,118 0,057 0,133 0,048 0,3 578,7 2365,4 1537,7 3153,5 3407,1 13313,0 8750,9 17963,4 ST34 3,6 118,8 87,1 159,5 139,3 126,5 237,6 0,125 0,064 0,137 0,053 0,3 827,5 3183,3 2220,5 4172,2 6386,0 24576,5 16743,7 32719,8 ST33 3,6 115,2 85,0 155,3 134,7 121,9 230,4 0,131 0,072 0,141 0,059 0,3 1071,1 3837,1 2884,3 4957,9 10241,6 38150,3 27125,2 50194,0 ST32 3,6 111,6 82,8 151,0 130,0 117,3 223,2 0,138 0,081 0,145 0,066 0,3 1309,5 4365,5 3530,0 5566,2 14954,7 53513,3 39829,0 69672,0 ST31 3,6 108 80,5 146,6 125,2 112,7 216,0 0,145 0,091 0,149 0,074 0,3 1542,5 4800,8 4157,8 6029,7 20506,0 70252,3 54788,8 90585,4 ST30 3,6 104,4 78,1 142,0 120,4 108,0 208,8 0,153 0,101 0,153 0,082 0,3 1770,5 5165,9 4768,4 6374,1 26876,5 88056,6 71941,3 112461,1 ST29 3,6 100,8 75,7 137,3 115,6 103,4 201,6 0,160 0,112 0,157 0,090 0,3 1993,1 5479,0 5362,6 6629,5 34046,7 106700,6 91224,6 134910,6 ST28 3,6 97,2 73,2 132,4 110,7 98,7 194,4 0,168 0,123 0,161 0,098 0,3 2210,6 5757,8 5940,7 6821,7 41997,4 126022,7 112578,2 157631,1 ST27 3,6 93,6 70,6 127,4 105,7 94,0 187,2 0,176 0,134 0,165 0,107 0,3 2423,0 6018,0 6503,7 6967,6 50708,9 145912,5 135943,9 180391,8 ST26 3,6 90 67,9 122,3 100,6 89,3 180,0 0,184 0,145 0,168 0,115 0,3 2630,3 6269,3 7052,4 7081,7 60162,5 166302,9 161266,4 203018,0 ST25 3,6 86,4 65,1 117,1 95,6 84,6 172,8 0,191 0,155 0,172 0,124 0,3 2832,9 6514,7 7588,0 7181,7 70339,7 187160,6 188494,2 225386,3 ST24 3,6 82,8 62,2 111,7 90,4 79,9 165,6 0,199 0,165 0,175 0,131 0,3 3030,8 6754,7 8111,5 7281,9 81222,7 208477,2 217579,2 247423,9 ST23 3,6 79,2 59,3 106,3 85,3 75,3 158,4 0,206 0,175 0,177 0,138 0,3 3224,3 6991,2 8624,0 7389,1 92794,5 230261,0 248476,8 269101,3 ST22 3,6 75,6 56,3 100,7 80,1 70,6 151,2 0,212 0,183 0,179 0,145 0,3 3413,6 7226,7 9126,0 7509,8 105038,4 252527,9 281145,4 290423,2 ST21 3,6 72 53,2 95,1 75,0 66,0 144,0 0,218 0,191 0,181 0,150 0,3 3598,6 7461,0 9618,0 7654,1 117938,1 275296,8 315545,0 311426,2 ST20 3,6 68,4 50,1 89,5 69,8 61,5 136,8 0,223 0,198 0,181 0,154 0,3 3779,7 7693,1 10101,0 7831,4 131478,4 298584,4 351639,9 332169,5 ST19 3,6 64,8 46,9 83,8 64,7 57,0 129,6 0,227 0,204 0,181 0,156 0,3 3957,0 7916,7 10575,6 8041,6 145645,1 322405,4 389397,3 352745,0 ST18 3,6 61,2 43,7 78,1 59,6 52,6 122,4 0,232 0,211 0,181 0,158 0,3 4130,3 8128,1 11041,2 8280,0 160423,4 346773,7 428784,7 373289,1 ST17 3,6 57,6 40,5 72,3 54,6 48,2 115,2 0,234 0,215 0,179 0,157 0,3 4299,6 8336,5 11497,9 8555,3 175798,7 371696,1 469770,5 393944,7 ST16 3,6 54 37,3 66,6 49,7 43,9 108,0 0,237 0,220 0,177 0,155 0,3 4465,0 8545,0 11945,8 8867,1 191757,4 397176,8 512324,9 414867,3 ST15 3,6 50,4 34,1 60,9 44,9 39,8 100,8 0,237 0,222 0,172 0,151 0,3 4626,6 8757,7 12384,9 9214,7 208286,2 423219,2 556419,2 436227,1 62 Chuyển vị Story hj [m] zj [m] Lực cắt Hiệu ứng P-∆ WX EX WY EY [zj /500] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] Wx Ex Wy Ey Moment WX EX WY EY WX EX WY EY [] [kN] [kN] [kN] [kN] [kN,m] [kN,m] [kN,m] [kN,m] ST14 3,6 46,8 31,0 55,3 40,3 35,7 93,6 0,237 0,223 0,169 0,148 0,3 4783,7 8972,4 12813,3 9593,6 225369,8 449831,5 602018,9 458205,0 ST13 3,6 43,2 27,8 49,7 35,8 31,8 86,4 0,236 0,224 0,165 0,143 0,3 4935,9 9189,5 13229,7 9999,1 242991,8 477030,2 649086,8 480997,7 ST12 3,6 39,6 24,7 44,3 31,4 28,0 79,2 0,233 0,223 0,159 0,137 0,3 5083,0 9415,5 13633,8 10426,9 261135,9 504836,5 697585,7 504799,4 ST11 3,6 36 21,7 38,9 27,3 24,4 72,0 0,229 0,220 0,153 0,131 0,3 5225,1 9656,6 14025,2 10865,9 279785,7 533276,6 747477,1 529794,3 ST10 3,6 32,4 18,8 33,7 23,3 20,9 64,8 0,222 0,213 0,145 0,123 0,3 5362,0 9920,8 14403,9 11320,0 298924,8 562384,4 798723,1 556139,9 ST9 3,6 28,8 16,0 28,8 19,6 17,7 57,6 0,215 0,206 0,137 0,115 0,3 5493,7 10197,0 14769,2 11778,3 318536,4 592202,7 851282,4 583976,3 ST8 3,6 25,2 13,3 24,0 16,1 14,6 50,4 0,206 0,197 0,128 0,107 0,3 5619,2 10472,7 15118,6 12230,1 338600,2 622774,5 905105,3 613424,5 ST7 3,6 21,6 10,8 19,5 12,9 11,7 43,2 0,194 0,186 0,118 0,098 0,3 5738,4 10742,0 15451,9 12661,2 359096,0 654137,3 960141,1 644569,6 ST6 3,6 18 8,5 15,3 10,0 9,1 36,0 0,179 0,171 0,106 0,088 0,3 5851,5 11003,6 15769,2 13054,6 380003,5 686321,9 1016338,5 677450,4 ST5 3,6 14,4 6,3 11,4 7,4 6,8 28,8 0,161 0,153 0,092 0,077 0,3 5958,0 11262,2 16069,5 13412,8 401301,0 719343,9 1073641,6 712056,8 ST4 3,6 10,8 4,4 8,0 5,1 4,7 21,6 0,141 0,134 0,080 0,066 0,3 6056,8 11499,6 16349,0 13728,2 422961,6 753199,0 1131979,5 748339,2 ST3 3,6 7,2 2,8 5,1 3,3 3,0 14,4 0,116 0,110 0,064 0,054 0,3 6146,0 11689,9 16602,4 13988,4 444951,9 787862,2 1191260,9 786208,6 ST2 3,6 3,6 1,5 2,7 1,7 1,6 7,2 0,084 0,081 0,047 0,040 0,3 6223,3 11814,2 16822,9 14174,2 467229,7 823292,8 1251369,2 825537,3 ST1 1,2 0,5 1,0 0,7 0,6 0,0 0,058 0,055 0,033 0,028 0,3 6223,3 11863,0 16822,9 14257,1 474657,9 835264,4 1271413,4 838945,4 NAPHAM -1,2 0,3 0,6 0,4 0,4 -2,4 0,036 0,035 0,021 0,018 0,3 6223,3 11906,9 16822,9 14337,7 493233,0 865535,7 1321540,2 873080,2 HAM -4,2 0,0 0,0 0,0 0,0 -8,4 0,007 0,006 0,005 0,005 0,3 6223,3 11914,5 16822,9 14359,0 499426,1 875725,0 1338254,0 884634,7 63 Hình 4.10 – Biểu đồ so sánh chuyển vị, lực cắt tải trọng gió động đất ứng với cơng trình 35 tầng 64 4.5 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Từ kết trên, ta thấy tương quan tải trọng gió động đất, tương quan thành phần tải trọng gió chiều cao cơng trình thay đổi Bảng 4.22 – Bảng tổng hợp giá trị lực cắt đáy thành phần tải trọng gió Tầng 15 20 25 30 35 WDx [kN] 1630,6 2268,6 2934,5 3624,5 4334,4 Lực cắt đáy WTx WDy [kN] [kN] 666,7 4617,4 976,7 6444,0 1285,6 8350,8 1599,4 10326,9 1888,9 12360,4 WTy [kN] 1447,7 2157,9 2783,9 3661,5 4462,5 WDx/WTx WDy/WTy 41% 43% 44% 44% 44% 31% 33% 33% 35% 36% Hình 4.11 – So sánh thành phần tải trọng gió theo phương X Hình 4.12 – So sánh thành phần tải trọng gió theo phương Y 65 Từ đó, trường hợp xét, ta thấy tỉ lệ thành phần động thành phần tỉnh tải trọng gió dao động xấp xỉ 40% theo phương X khoảng 35% theo phương Y Khi số tầng tăng lên, giai đoạn đầu tỉ trọng thành phần động tăng lên, giai đoạn hệ số động lực tăng (cho đến ɛ đạt 0,15 – tham khảo thêm biểu đồ quan hệ hệ số động lực ξ ɛ mục 4,5 tiêu chuẩn TCXD 229-1999); sau ɛ > 0,15 hệ số động lưc khơng tăng nữa, tỉ trọng thành phần động giai đoạn có xu hướng ổn định xoay quanh giá trị Tiếp tục khảo sát giá trị lực cắt đáy tải trọng gió động đất gây Bảng 4.23 – Bảng tổng hợp giá trị lực cắt đáy tải trọng gió động đất Tầng 15 20 25 30 35 Wx [kN] 2297,3 3245,3 4220,1 5223,9 6223,3 Lực cắt đáy Ex Wy [kN] [kN] 8513,2 6065,1 10260,6 8601,9 10346,4 11134,7 10871,4 13988,4 11914,5 16822,9 Ey [kN] 10968,1 12675,9 13699,2 14018,7 14359,0 Wx/Ex Wy/Ey 27% 32% 41% 48% 52% 55% 68% 81% 100% 117% Hình 4.13 – So sánh lực cắt đáy gió động đất gây theo phương X 66 Hình 4.14 – So sánh lực cắt đáy gió động đất gây theo phương X Khi tính tốn tải trọng tác dụng lên nhà cao tầng theo tiêu chuẩn Việt Nam, tải trọng động đất tác dụng vào cơng trình có tham gia nhiều dạng dao động so với thành phần động tải trọng gió Với quy mơ cơng trình xét, thành phần động tải trọng gió xét đến dạng dao động thứ Qua đây, ta nhận thấy rằng, cơng trình cao, tác động gió tăng nhanh so với động đất Cơng trình có tổng chiều cao 80m tác động động đất nguy hiểm cho kết cấu theo hai phương Tuy nhiên, theo hình 4.23 ta thấy, lực cắt đáy tải trọng gió gây theo phương Y lớn lực cắt đáy tác động động đất 4.6 KẾT LUẬN Trong chương này, qua việc khảo sát tác động tải trọng gió động đất lên cơng trình cao tầng thành phố Hồ Chí Minh phần mềm Etabs, tính tốn tải trọng ngang tác dụng vào cơng trình, tìm đặc trưng động lực học cơng trình, qua xác định (nội lực, chuyển vị) cho kết cấu cơng trình tác động loại tải trọng Trong phạm vi luận văn, học viên sau có kết tính tốn từ mơ hình kiểm tra điều kiện chuyển vị, độ bền (trạng thái giới hạn I, II) cho công trình, để thấy cơng trình khảo sát đảm bảo khả chịu lực, đảm bảo tính hợp lý bố trí kết cấu Kết toán kiểm chứng với kết hồ sơ thiết kế 67 cơng trình với quy mô tương tự thẩm tra nghiên cứu tác giả trước, kết xác Các mơ hình khảo sát thực để tính tốn tìm tương quan loại tải trọng ngang (gió động đất) tác động lên kết cấu nhà cao tầng chiều cao cơng trình thay đổi Qua khảo sát nhận thấy rằng, ứng với dạng kết cấu luận văn cơng trình cao, giá trị tải trọng gió hệ (nội lực, chuyển vị) tăng nhanh so với giá trị hệ tải trọng động đất; đến độ cao định tải trọng gió nguy hiểm cho kết cấu động đất 68 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Từ kết luận văn này, số kết luận sơ lược sau: - Mục tiêu nghiên cứu luận văn hồn thành: tìm hiểu sở lý thuyết để tính tốn tác động ngang lên kết cấu nhà cao tầng; dùng mơ hình phần tử hữu hạn để phân tích kết cấu với dạng sơ đồ khác nhau; so sánh kết thu để tìm tương quan tải trọng gió động đất tác động quan trọng lên kết cấu - Các kết số khảo sát làm rõ mục tiêu đề tài: ảnh hưởng thành phần tải trọng gió tương quan tải trọng gió động đất tác động lên kết cấu nhà nhiều tầng khu vực thành phố Hồ Chí Minh, chi tiết sau: + Thành phần động tải trọng gió tác động kết cấu nhà cao tầng chiếm không 50% so với thành phần tĩnh theo phương dạng cơng trình dang xét Và lên cao, tỉ lệ thành phần tĩnh thành phần động tải trọng gió gần khơng thay đổi đáng kể + Đối với kết cấu từ 80m trở xuống trở xuống, động đất gây chuyển vị, nội lực lớn hẳn so với tác động tải trọng gió theo phương Nhưng qua kết tính tốn trên, chiều cao cơng trình thay đổi theo hương cao lên, tải trọng gió tác dụng hệ tác động (chuyển vị, nội lực) tăng nhanh so với động đất, đến cao độ đó, tải trọng gió gây nguy hiểm cho kết cấu tải trọng động đất Điều thấy rõ qua bảng 4.23, đến độ cao 100m, lực cắt đáy tải trọng gió gây theo phương Y lực cắt đáy tải trọng động đất gây theo phương Y, đến độ cao 120m lớn 17% + Tuy vậy, kết khảo sát số mô hình phổ biến; nên có khảo sát định lượng nhiều để thu kết đặc trưng 69 5.2 KIẾN NGHỊ Trong phạm vi tính tốn luận văn xét đến kết cấu 35 tầng có chiều cao 130m, tính tốn tải trọng gió động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam, nhiều hạn chế cần phát triển sau: - Đối với cơng trình cao 85m, tiêu chuẩn nước xét đến thành phần gió ngang gió xoắn tải tải trọng gió tác dụng lên cơng trình Vì vậy, xét đến đầy đủ thành phần tải trọng gió tác động lên cơng trình tải trọng gió nguy hiểm cho kết cấu tải trọng động đất cơng trình cao 85m thành phố Hồ Chí Minh - Ngồi ra, tiêu chuẩn Việt Nam chưa đề cập đến hiệu ứng P∆ tải trọng gió Trong phạm vi luận văn, học viên dựa vào chất hiệu ứng, kết hợp với TCVN 9386:2012 để xét đến hiệu ứng P-∆ tác động tải trọng gió 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ xây dựng, (1997), Tiêu Chuẩn Xây Dựng TCXD 198:1997, Nhà cao tầng – Thiết kế bê tơng cốt thép tồn khối, Nhà xuất xây dựng Hà Nội [2] Bộ xây dựng, (1997), Tiêu Chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995, Tải trọng tác động – Tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất xây dựng Hà Nội [3] Bộ xây dựng, (1999), Tiêu Chuẩn Xây Dựng TCXD 229:1999, Chỉ dẫn tính tốn thành phần động tải trọng gió theo TCVN 2737:1995, Nhà xuất xây dựng Hà Nội [4] Bộ xây dựng, (2009), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 02:2009, Số liệu điều kiện tự nhiên dung xây dựng [5] Bộ xây dựng, (2012), Tiêu chuẩn Quốc Gia TCVN 9386:2012, Thiết kế cơng trình chịu động đất, Nhà xuất xây dựng Hà Nội [6] Bộ xây dựng, (2012), Tiêu chuẩn Quốc Gia TCVN 5574:2012, Kết cấu bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất xây dựng Hà Nội [7] Lê Thanh Huấn, (2007), Kết cấu Nhà cao tầng bê tông cốt thép, Nhà xuất xây dựng [8] Nguyễn Lê Ninh, (2007), Động đất thiết kế cơng trình chịu động đất, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [9] Vũ Thành Trung, (2011), Tải trọng gió lên Nhà cao tầng – Thí nghiệm ống thổi khí động, Viện Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [10] Nguyễn Đại Minh, Cao Sĩ Hùng, (2017), Tính tốn nhà cao tầng bê tơng cốt thép chịu tác động động đất theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 UBC 1997, ĐH Kiến trúc Hà Nội [11] Trần Hoàng Việt, (2015), Tính tốn tải trọng nội lực kết cấu nhà cao tầng tác động gió theo tiêu chuẩn Việt Nam, Hoa Kỳ ống thổi khí động [12] Nguyễn Mạnh Cường, (2011), Tính tốn tải trọng gió lên nhà cao tầng theo tiêu chuẩn Eurocode [13] Phạm Ánh Tuyết, (2017), Tính tốn tải trọng gió cho nhà cao tầng có mặt hình trịn theo tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn EUROCODE 71 [14] Đào Huy Tân, (2015), Nghiên cứu tính tốn nhà cao tầng có xét đến tải trọng động Hải Phịng [15] Ngơ Đức Dũng, (2015), So sánh tiêu chuẩn tính tốn tải trọng gió theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 với tiêu chuẩn Châu Âu EUROCODE EN 1991-1-4 & tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASCE/SEI 7-05 [16] Trần Vũ, (2017), Tính tốn tải trọng động gió động đất tác dụng lên nhà cao tầng Hải Phòng [17] American Society of Civil Engineer, (2006), ASCE 7-10, Minimum Design Load for building and other structures, Reston, VA, 2010 [18] Azlan Adnan, Suhana Suradi (2008), Comparison on the effect of earthquake and wind loads on the performance ofreinforced concrete buildings, the 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China [19] BS EN 1998-1:2004, (Eurocode 8) (2005), Design of Structures for Earthquake resistance, British Standard institution, April, UK [20] Bungale, S, T,, (2005), Wind and earthquake resistant building – Structural analysis and design, Marcel Dekker, USA [21] Chopra, A, K,, (2001), Dynamic of structures, Prentice Hall International [22] Eurocode 1: Action on structures – Genaral Actions – Part 1-4: Wind Actions [23] Jont D, Holmes, (2007),Wind loading structures – second Edition [24] Khaled M, Heiza, Magdy A, Tayel (2012), Comparative Study of The Effects of Windand Earthquake Loads on High-rise Buildings, Concrete Research Letters [25] Penelis, G, G, and Kappos, A, J,, (1997), Earthquake-resistant concrete structures, E & FN Spon, AnImprint of Chapman & Hall, London, UK [26] UBC:1997, Uniform Building Code, Vol,2, International Conference of Building Officials, Whittier, CA, USA [27] Shilpa Nirman Thilakarathna, Naveed Anwar, Pramin Norachan, Fawad Ahmed Naja (2018), The Effect of Wind Loads on the Seismic Performance of Tall Buildings [28] A, Naga Sai, G, Radha Devi, (2018), Seismic and wind effects on high rise structure using Etabs